论文摘要
汾河灌区是山西省最大的灌区,在山西省的灌溉农业发展中发挥着重要的作用,引领着山西省灌区建设与管理的方向。由于汾河灌区具有很长的灌溉历史和传统灌溉习惯,加之灌溉水资源供给的季节性,导致了灌区大部分地区形成了大定额灌溉的灌水方式：即每年只进行一、二次春灌和晚秋灌,但灌溉定额在240m3/亩左右。从农田水利传统观点理论进行分析,汾河灌区的大定额灌溉产生水分的深层渗漏,深层渗漏的水分为损失水分,所以汾河灌区的灌溉具有很低的灌溉水利用系数。但由于汾河灌区大部分地区的特殊水文地质条件(地下水位埋深浅),深层渗漏的水分补给了地下水,引起地下水位的上升。而后地下水在作物生育期又会通过毛管作用向上补给土壤水分,供作物吸收利用,所以其实际的灌溉水利用率并不是传统概念上那么低。本文试图通过对灌区灌溉过程、土壤水分补充与消耗过程、地下水位变化过程的年度跟踪监测,对灌区在特殊水文地质条件下的土壤水分进行动态分析、研究土壤水与地下水之间的定量关系以及大定额灌溉条件下,灌溉水的有效利用系数等,为特殊水文地质条件下灌区大定额灌溉有效性的计算评价提供依据,为山西省汾河灌溉管理局的水资源的可持续供给和社会经济的可持续发展提供技术支撑。本文试验区选择在清徐县孟封镇灌溉区,依据研究目标、试验要求、试验区地形和水文条件布设5个大田跟踪试验点。试验以大田试验为主,室内试验为辅,大田跟踪监测包括地下水位、土壤分层温度、土壤分层含水率、作物生长期降雨量和灌溉水量的年度跟踪监测。室内试验主要进行了土壤理化性质的测定,包括土壤的基本物理性质、养分和污染物等。论文基于灌溉区实地年度跟踪监测资料和农田水量平衡方程,分析了水分补给、消耗过程中,试验区作物根系活动层土壤水分、区域地下水位的年度变化特性、量化了大定额灌溉方式下的土壤水分转化、补充和消耗的过程和灌溉水量的有效性。研究结果表明：(1)灌区大定额灌水过程完成后,土壤各分层含水率均明显提高,同时伴随着地下水位的明显升高,大定额灌溉水导致了对地下水的大量级补给。(2)在试验区水文地质条件下,土壤水分与地下水之间相互转化,两者存在紧密的联系。0-100cm土层储水量W(cm)与地下水埋深z(cm)的定量关系式为：W=-0.0002z2-0.0391z+40.323, R=0.897。0-100cm土层储水量随着地下水位的下降而减小。(3)基于作物关系活动层水量平衡方程得到监测年份,作物生长期内作物所消耗的灌溉水量为264.31mm,灌溉水量的有效利用系数达到82.17%,而作物生育期内地下水对土壤水的补给量达到206.12mm,占灌溉总量的64.1%。由此,灌区大定额灌水引起的深层渗漏水分并没有被浪费掉,借助毛管引力得到了较高比例的应用。表明大定额灌水在特殊水文地质条件下有较高的灌溉水利用率。(4)本次试验对试验区土壤养分状况分析表明灌区表层土壤中养分含量均较大；在土壤剖面中养分的分布均有一定的规律性,铵态氮含量随深度增加无明显变化,有机质、硝态氮含量呈现明显的“S”型变化,全磷、全钾在剖面中部有少许浮动,整体呈现逐渐降低的趋势。(5)本文对山西省汾河灌区特殊水文地质条件下大定额灌溉区灌水的有效性、土壤水分运移以及土壤中重金属和养分的分布规律的研究,对汾河灌区提高灌溉效率效益和农业灌溉水资源的可持续供给具有重要的理论意义和实际价值。本文对特殊水文地质条件下地面水灌区土壤水分运移和大定额灌水的有效性做了初步的研究,但由于土壤水分运动的复杂性和本次试验的部分局限性,许多问题还需要有更深入的探索和研究。在以后的研究中应在测定土壤水分的方法上做到上下统一,前后一致,尽量使误差变小。对于特殊水文地质条件下影响土壤水分、地下水位的主要因素及因素之间的定量关系的研究还不够系统和精确,有待进一步研究。