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灌區節水改造環境效應及評價方法
該商品所屬分類：農業/林業 -> 農業/林業
【市場價】	297-430元
【優惠價】	186-269元
【作者】	馮紹元、劉鈺、邵東國、倪廣恆、霍再林、毛曉敏
【所屬類別】	圖書農業/林業農業工程
【出版社】	科學出版社
【ISBN】	9787030348838
【折扣說明】	一次購物滿999元台幣免運費+贈品一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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內容介紹

開本：16開

紙張：膠版紙

包裝：平裝

是否套裝：否

國際標準書號ISBN：9787030348838

作者、劉鈺、邵東國、倪廣恆、霍再林、毛曉敏

出版社：科學出版社

出版時間：2012年06月

內容簡介

灌區節水改造環境效應及評價方法是在國家“十一五”科技支撐計劃課題“灌區節水改造環境效應及評價方法研究”成果的基礎上整理而成的。主要內容包括灌區節水改造對農田水循環的影響、灌區節水改造對農業水土環境的影響、灌區節水改造對水肥利用的影響及其調控技術、灌區節水改造環境效應的評價方法、基於生態健康和環境友好的灌區節水改造模式。灌區節水改造環境效應及評價方法所涉及的內容反映了目前灌區節水改造環境效應及評價方法的*研究進展。

灌區節水改造環境效應及評價方法可供農業水土環境、農業水文學、節水灌溉、農業水資源等方面的專業技術人員參考。

前言
第1章緒論
1.1 研究背景與意義
1.2 研究目標、內容與技術路線
1.3 相關研究主要進展
參考文獻
第2章灌區節水改造對農田水循環的影響
2.1 渠道滲漏對農田水循環的影響
2.2 灌區節水改造對區域地下水影響的數值模擬
2.3 小結
參考文獻
第3章灌區節水改造對農業水土環境的影響
3.1 春小麥咸水非充分灌溉試驗研究
3.2 含鹽土壤春玉米節水灌溉試驗研究前言
第1章緒論
1.1 研究背景與意義
1.2 研究目標、內容與技術路線
1.3 相關研究主要進展
參考文獻
第2章灌區節水改造對農田水循環的影響
2.1 渠道滲漏對農田水循環的影響
2.2 灌區節水改造對區域地下水影響的數值模擬
2.3 小結
參考文獻
第3章灌區節水改造對農業水土環境的影響
3.1 春小麥咸水非充分灌溉試驗研究
3.2 含鹽土壤春玉米節水灌溉試驗研究
3.3 基於SWAP模型的土壤水鹽運移模擬及預測
3.4 灌區節水改造對土壤水-地下水鹽的影響
3.5 小結
參考文獻
第4章灌區節水對水肥利用的影響及綜合調控
4.1 水肥耦合灌溉條件下的稻田產量環境效應
4.2 稻田水肥高效利用多維調控模擬
4.3 稻田高產減污施肥管理模式
4.4 灌區水肥利用效率對節水改造的響應規律
4.5 小結
參考文獻
第5章灌區節水改造環境效應的評價方法
5.1 灌區節水改造環境效應評價方法與評價指標的選取
5.2 評價指標分析與計算
5.3 灌區節水改造環境效應綜合評價繫統研制
5.4 典型灌區節水改造環境效應綜合評價
5.5 小結
參考文獻
第6章基於生態健康和環境友好的灌區節水改造模式
6.1 四水轉化模型
6.2 葉爾羌灌區現狀年四水轉化模型分析
6.3 葉爾羌灌區節水改造模式模型模擬與探討
6.4 位山灌區現狀年四水轉化模型分析
6.5 位山灌區節水改造模式模型模擬與探討
6.6 小結
參考文獻
第7章結論與建議
7.1 主要結論
7.2 存在不足及建議

在線試讀

第1 章緒論
1.1 研究背景與意義
大型灌區是我國重要的規模化農業和商品糧生產基地，也是我國農業、農村乃至國民經濟發展的重要基礎設施，還是廣大農民增收致富、改善生活水平、提高生活質量的重要支撐條件。我國現有349 處灌溉面積在30 萬畝以上的大型灌區，累計有效灌溉面積2.35 億畝，約占全國有效灌溉面積的30 % 和全國耕地的1/8 。這些大型灌區生產了占全國總量1/4 左右的糧食，創造了占全國總量1/3 以上的農業生產總值，養育了占全國1/5 的人口，提供了占全國1/7 以上的工業及城市生活用水，此外，大型灌區內的人均糧食產出量超過600kg ，遠高於全國平均水平，且每年向城鎮供水超過258 億m3 ，受益人口2 億多人。2004 年，大型灌區的供水量達到1865 億m3 ，約占全國供水總量的1/3 ，灌溉用水量達到1373 億m3 ，約為全國灌溉用水總量的38 % 。由此可見，大型灌區不僅是我國重要的規模化農業和商品糧生產基地，還是我國供水的主要來源，具有巨大的節水潛力。
基於大型灌區在我國糧食生產中占有的重要地位和在節水型社會建設中存在的巨大節水潛力以及對解決“三農問題”所起的重大支撐作用，黨中央和國務院高度重視灌溉事業的發展和大型灌區以節水為中心的續建配套與技術改造工作。在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》中明確指出，堅持把發展農業生產力作為建設社會主義新農村的首要任務，同時，將大型灌區續建配套和節水技術改造工作作為建設社會主義新農村的重點任務之一。
國家發改委和水利部已將改造大型灌區作為農村水利工作的重中之重，從第十個五年計劃開始，計劃分三期安排總投資179，用15 年左右的時間基本完成全國大型灌區續建配套與節水改造任務，其核心是以節水增效為中心，通過采取工程、農業和管理等措施對灌區進行綜合改造，提高灌溉水的利用效率和水分生產效率，實現灌區水資源的優化配置和高效利用，為國民經濟和農業可持續發展、農村經濟繁榮和生態環境改善提供支撐與保障。僅“十一五”期間，國家已累計安排投資31對408 處大型灌區進行續建配套與節水改造工程建設。灌區節水改造對緩解我國水資源日益緊缺的局面、提高我國農業生產經濟效益、改善區域生態環境質量和實現灌區的可持續發展，無疑具有十分重要的作用。
但是，長期以來，我國在傳統的灌區節水改造工程中，主要采用工程措施對渠繫進行襯砌，對泵站進行升級改造，對閘壩進行維修加固，改變和改善田間灌溉方法，而忽略灌區節水改造工程對土壤與地下水環境和農田生態造成的影響。在灌區水資源配置方面，也是主要考慮農業生產的用水，而對生態環境用水重視不夠，致使灌區出現植被衰退、地下水位降低、荒漠化加劇、土壤環境退化等嚴重的生態環境問題。事實表明，大型灌區節水改造過程中，由於水源調配的改變、渠繫工程布局的調整、渠道的襯砌防滲、田間土地的平整、節水灌溉方式的改進和農業種植結構的調整等一繫列工程與農藝措施相繼完成及其不斷地完善，其後的長期運行與管理必將對灌區土壤與地下水環境和農田生態狀況產生重要的影響。因此，研究灌區節水改造環境效應及其評價方法，對保障和促進灌區水資源可持續利用和農業生產可持續發展具有重要的現實應用價值和深遠的戰略意義。第1 章緒論

1.1 研究背景與意義

大型灌區是我國重要的規模化農業和商品糧生產基地，也是我國農業、農村乃至國民經濟發展的重要基礎設施，還是廣大農民增收致富、改善生活水平、提高生活質量的重要支撐條件。我國現有349 處灌溉面積在30 萬畝以上的大型灌區，累計有效灌溉面積2.35 億畝，約占全國有效灌溉面積的30 % 和全國耕地的1/8 。這些大型灌區生產了占全國總量1/4 左右的糧食，創造了占全國總量1/3 以上的農業生產總值，養育了占全國1/5 的人口，提供了占全國1/7 以上的工業及城市生活用水，此外，大型灌區內的人均糧食產出量超過600kg ，遠高於全國平均水平，且每年向城鎮供水超過258 億m3 ，受益人口2 億多人。2004 年，大型灌區的供水量達到1865 億m3 ，約占全國供水總量的1/3 ，灌溉用水量達到1373 億m3 ，約為全國灌溉用水總量的38 % 。由此可見，大型灌區不僅是我國重要的規模化農業和商品糧生產基地，還是我國供水的主要來源，具有巨大的節水潛力。

基於大型灌區在我國糧食生產中占有的重要地位和在節水型社會建設中存在的巨大節水潛力以及對解決“三農問題”所起的重大支撐作用，黨中央和國務院高度重視灌溉事業的發展和大型灌區以節水為中心的續建配套與技術改造工作。在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》中明確指出，堅持把發展農業生產力作為建設社會主義新農村的首要任務，同時，將大型灌區續建配套和節水技術改造工作作為建設社會主義新農村的重點任務之一。

國家發改委和水利部已將改造大型灌區作為農村水利工作的重中之重，從第十個五年計劃開始，計劃分三期安排總投資179，用15 年左右的時間基本完成全國大型灌區續建配套與節水改造任務，其核心是以節水增效為中心，通過采取工程、農業和管理等措施對灌區進行綜合改造，提高灌溉水的利用效率和水分生產效率，實現灌區水資源的優化配置和高效利用，為國民經濟和農業可持續發展、農村經濟繁榮和生態環境改善提供支撐與保障。僅“十一五”期間，國家已累計安排投資31對408 處大型灌區進行續建配套與節水改造工程建設。灌區節水改造對緩解我國水資源日益緊缺的局面、提高我國農業生產經濟效益、改善區域生態環境質量和實現灌區的可持續發展，無疑具有十分重要的作用。

但是，長期以來，我國在傳統的灌區節水改造工程中，主要采用工程措施對渠繫進行襯砌，對泵站進行升級改造，對閘壩進行維修加固，改變和改善田間灌溉方法，而忽略灌區節水改造工程對土壤與地下水環境和農田生態造成的影響。在灌區水資源配置方面，也是主要考慮農業生產的用水，而對生態環境用水重視不夠，致使灌區出現植被衰退、地下水位降低、荒漠化加劇、土壤環境退化等嚴重的生態環境問題。事實表明，大型灌區節水改造過程中，由於水源調配的改變、渠繫工程布局的調整、渠道的襯砌防滲、田間土地的平整、節水灌溉方式的改進和農業種植結構的調整等一繫列工程與農藝措施相繼完成及其不斷地完善，其後的長期運行與管理必將對灌區土壤與地下水環境和農田生態狀況產生重要的影響。因此，研究灌區節水改造環境效應及其評價方法，對保障和促進灌區水資源可持續利用和農業生產可持續發展具有重要的現實應用價值和深遠的戰略意義。

為了保障大型灌區續建配套與節水改造工程任務的順利實施，減少灌區節水改造對環境與農田生態的不利影響，促進灌區水資源的可持續利用和灌區農業生產可持續發展，開展相關的研究不僅十分必要，而且研究所形成的技術成果在我國灌區節水改造過程中及其以後的運行與管理過程中具有廣闊的應用前景，並且必將會產生巨大的環境效益、社會效益和經濟效益。

1.2 研究目標、內容與技術路線

1.2.1 研究目標

本研究的目標是通過研究節水改造對灌區水循環及生態環境的影響機理與過程、建立灌溉水利用率與水分生產率對灌區節水改造的響應模型、構建節水改造環境效應評價方法與指標體繫，提出基於灌區生態健康與環境友好的節水改造模式及控制閾值，為合理評價灌區節水改造的環境效應、促進灌區水資源可持續利用和農業生產可持續發展提供科學依據和技術支撐。

1.2.2 研究內容

1.灌區節水改造對農田水循環的影響

研究典型灌區節水改造對渠道滲漏、農田土壤水分動態、淺層地下水補給影響因素、作用過程、影響範圍和結果；以典型區域為例，研究農業節水對地下水動態的影響。

2.灌區節水改造對農業水土環境的影響

研究咸水灌溉條件下，農田土壤水鹽動態及作物響應規律，制定合理的咸水節水灌溉制度，研究典型灌區節水灌溉條件下，土壤和淺層地下水中鹽分運移規律與積累特征；分析灌區節水改造對土壤和淺層地下水中鹽分動態的影響因素。

3.灌區節水改造對水肥利用率的影響及其調控技術

研究田間尺度不同水稻節水灌溉模式對水分利用效率、灌溉水生產率及主要肥料養分（氮）利用率的影響；探討灌溉繫統或灌區尺度農田水分利用效率及灌溉水生產率對灌區不同節水改造方案的響應；分析灌區節水改造後的田間水肥運動規律和不同水肥灌排調控模式對水稻生長、產量及其水肥利用率的影響；研究水肥高效利用優化調控模型與臨界條件。

4.灌區節水改造環境效應的評價方法

分析灌區節水改造環境影響因素間的相互關繫，篩選關鍵因子，構建灌區節水改造環境影響評價指標體繫；采用多目標綜合分析方法評價灌區節水改造的環境效應，並構建基於層次分析理論的灌區節水改造綜合效應評價模型；利用現代測試與信息技術（如3S 技術等）監測和采集環境因子數據，確定監測點的空間和時間分布和采集方法；研制能夠表示不同類型灌區節水改造環境影響評價方法和結果的開放式綜合評價信息繫統。

5.基於生態健康和環境友好的灌區節水改造模式

開展生態健康與環境友好的合理地下水位、適宜渠繫防滲繫數與灌溉水利用繫數等的定量研究；研究與灌區有關的生態健康與環境友好的相關標準；提出基於生態健康與環境友好的灌區節水改造模式，形成相應技術指南。

1.2.3 技術路線

分別選擇我國西北、華北和南方地區代表性灌區（甘肅石羊河灌區、新疆葉爾羌河平原綠洲灌區、山東位山灌區和湖北漳河水庫灌區），通過現代技術手段獲取土壤與地下水環境和農田生態等主要環境要素的現狀特征及其動態變化；布置土壤與地下水環境和農田生態的觀測站（點），分析環境要素變化與灌區節水改造之間的相關關繫和內在影響機理，建立能夠反映灌區節水改造對土壤與地下水環境和農田生態主要影響的評價指標體繫，並采用多種方法進行灌區節水改造環境效應的綜合評價。在此基礎上，提出基於灌區生態健康和環境友好的節水灌區節水改造模式、農田面源污染臨界調控技術和減少灌區節水改造對生態環境不利影響的有效對策與措施。

本研究以野外考察和定位試驗為基礎，輔以資料收集與分析，實行理論與實踐相結合，側重規律性的探討和理論上的提高。灌區節水改造的環境效應及其評價方法研究是一個復雜的問題，本研究在總結國內外已有成果的基礎上，進行資料收集分析整理和野外定位試驗研究，為理論分析打好基礎。理論分析的重點是內在關繫和定量規律的分析，抓住若干技術難點，進行重點突破。在理論分析與技術研究方面，實現經驗性、概念性和機理性模型與分析相結合。在探討定量規律時，以機理性的數學物理模型與分析為主；同時根據不同問題的特點和應用需要，重視研究物理概念明確、使用方便的概念性模型模擬技術和經驗性公式。機理研究與應用研究相結合，圍繞灌區節水改造實際中的問題，既注重土壤與地下水環境和農田生態效應機理的探討，探索其科學規律，更重視灌區節水改造環境效應宏觀特征的分析，研究其技術的應用前景。

1.3 相關研究主要進展

1.3.1 灌區節水改造的環境效應

農田水環境中的物質遷移涉及了土壤-植物-大氣繫統中的水分、溶質（養分）輸運等方面的內容，在農業、水資源、環境等領域都起著重要的作用。20 世紀80 年代後期，張瑜芳、蔡樹英等將數值模擬應用於區域水鹽預測預報，使我國的農田土壤水鹽運動研究進入了一個新的階段［1 ，2］；陳亞新等通過室內實驗模擬了灌區水-土環境中的地下水與土壤鹽漬化關繫並進行了動態模擬，但由於參數的空間變異性和尺度效應等問題，其模型難以應用於區域性的水鹽動態預測預報［3］。近年來，農田土壤中的水鹽動態變化特征和運移機制研究一直是人們關注的重點。隨著對土壤中水鹽運動、養分、污染物遷移等方面研究的不斷深入，許多學者在力求揭示土壤水鹽運動規律的同時，建立各種水鹽模型來定量分析水鹽的運移，以預報農田土壤水鹽動態的變化過程。建立適合於區域農田土壤水鹽運移特征的動態模型仍然是土壤水鹽運移研究的重點和難點問題。

隨著計算機技術的飛速發展，各種灌區灌溉管理模型不斷完善，如SWAP 模型、SWAT 模型，MODFLOW 模型等，已經有大量的研究成果，其中分布式水文模型得到了廣泛的應用。SWAT 模型是一個具有物理基礎的分布式水文生態評價模型，可以長時間、連續模擬和預測復雜的流域在不同土壤類型、不同土地利用和管理條件下的水分、農業化學物質流失及產量等的影響。崔遠來等利用SWAT 模型對灌區水平衡過程及水稻產量進行了模擬，但在北方干旱、鹽漬化灌區的應用很少［4］。MODFLOW 是不同尺度地表水、地下水相互作用模擬中較好的模型之一，使人們對復雜的田間土壤水鹽運移的研究成為可能。有關學者應用Visual-MODFLOW 對干旱區（抽取地下水條件下的）長期微咸水灌溉對地下水環境的影響進行了研究，並將飽和-非飽和帶作為一個完整繫統，嘗試將MODFLOW 與SWAP 模型耦合進行了水土環境效應預測評估研究［5］。目前，對於區域性的水文模擬計算問題，主要是在不同采樣尺度下研究土壤特性及參數的空間變異性問題，通過空間變異性的研究，進行參數估計分布和分區，利用分布式模型方法，將研究區域分成若干個子區，在每一個子區內的輸入或參數為一個確定量，利用一維水量平衡模型或水動力學（溶質運移）模型（如SWAP 模型）進行土壤水、鹽動態的模擬預測，後將各子區結果進行綜合，得到研究區域的土壤水鹽的時空變化規律。

1.3.2 農田養分和鹽分運移模擬

N 、P 、K 是植物生長必需的三大主要礦素。N 是構成蛋白質的主要成分，也是葉綠素的重要組成部分，P 是植物中核酸和蛋白質的主要成分，K 則影響植物對其素的吸收和轉移。土壤N 過多水稻易倒伏；土壤缺P 水稻根少且短小，莖葉生長緩慢；土壤缺K 水稻莖稈瘦小，易倒伏，易染赤枯病等。因此，N 、P 、K 的豐缺直接影響水稻植株的生長和終光合產量的形成。由於在非充分灌溉條件下稻田水分相對較少、基質濃度較高，氮素的揮發損失會高於淹灌，同時，非充分灌溉條件下稻田滲漏液中濃度較淹灌高，但由於總滲漏量顯著減少，N 的總淋失卻較淹灌條件少。因此，非充分灌溉條件下水稻對氮素的吸收利用率高於淹灌，且有利於氮素養分向稻谷轉移［4］。非充分灌溉條件下，對水稻磷素和鉀素營養的試驗研究發現，適當的水分虧缺可顯著降低磷素的有效性，這是由於節水灌溉的土壤氧化還原電位較高，土壤中存在一些高價位的金屬離子易與土壤中的速效磷反應，形成溶解度很低的化合物，從而降低P 的有效性。但非充分灌溉能顯著地增加水稻植株中的含K 量，提高鉀素營養有效性，從而提高水稻抗逆性和抗倒伏的能力［6 ］。因此，水稻節水灌溉可使得土壤肥力得以有效發揮，減少稻田養分流失，防控農田面源污染。

節水灌溉條件下土壤水、肥、鹽遷移研究方面雖然過去進行了大量的工作，取得了不少研究成果［7～13］，但到目前為止，對於大型灌區節水改造後，綜合節水措施條件下的區域土壤水鹽遷移變化及可能引起的環境問題的研究成果卻鮮有報道。

近年來，灌區節水工程實施後的土壤水鹽、地下水變化動態得到了關注［14］，但這些研究沒有涉及具體的試驗模擬和分區的模擬計算，研究成果有待進一步深化和完善。特別是對土壤水、肥、鹽的時空遷移和地下水位、水質的動態變化過程缺乏繫統的研究。將土壤水鹽的動態變化和地下水位、水量和水質的變化作為一個研究整體進行研究得不夠。在灌溉對環境影響方面，國內外近年來在節水灌溉及環境影響等方面成果大多偏重於對宏觀水資源的可持續利用、節水灌溉的理論方法及農田節水灌溉對某些單方面的生態環境影響研究，而缺乏農田節水灌溉對環境的影響機理、農田節水與地表（地下）水水文循環變化規律、節水灌溉條件下地下水與土壤鹽漬化關繫機理以及考慮生態環境效應的農田水管理的繫統全面的研究。因此，節水灌溉對農田生態環境的影響機理方面還需要進行深入的研究［15］。並且，由過去單純的研究灌溉條件下的水鹽運動，逐步轉向各種農業化學物在土壤-地下水繫統中運移規律的研究。盡管針對各種條件下土壤氮素的損失及其環境影響問題已有了較為深入的試驗研究，構造了節水條件下土壤氮素損失及環境評價經驗型模型［16］，但模型還有一些不完善的地方，模型僅適用於節水條件下土壤無機氮素損失評價。

1.3.3 灌區節水改造環境效應的評價方法

灌區節水改造環境效應評價的目標不僅包括節水改造對灌區水環境、土環境、灌溉工程等影響，還包括對當地植被和生物多樣性的影響以及對人的節水和環保意識方面的影響。在這些環境效應中，有些屬於灌區尺度的影響，有些屬於田間尺度的影響；有些是有正效應，有些是負效應；還有些屬於定性方面的影響。如何將這些屬於不同尺度、不同性質的環境效應進行評價和度量，並能夠利用數值的形式表示出來，是個多目標綜合評價問題。因此，灌區節水改造環境效應綜合評價是指通過構建科學合理的評價指標體繫，采用恰當的多指標綜合評價方法來評價節水改造對灌區生態環境產生影響的綜合效應。

傳統的多指標綜合評價方法主要包括主成分分析法、模糊數學評價法、ELECTRE 法、線性規劃法、層次分析法與數據包絡分析法等。近年來人工神經網絡和3S 技術逐漸應用於評價方法研究中。環境效應的評價方法從簡單的人工操作到應用計算機、GIS 等先進技術手段，取得了長足的發展。近年來，許多學者對節水灌溉效應指標量化和評價方法作了大量的研究工作。

在指標量化方面，羅金耀提出了專家估測法和落影函數指標量化法［17］。侯維東等在井灌項目綜合評價研究中結合灰色關聯理論，對傳統的層次分析法進行了一定程度的改進，采用改進的多層次綜合評價方法將井灌項目的綜合效益評價體繫進行劃分［18］。吳景社等采用專家評分法、Delphi 法、層次分析和隸屬度等方法對選取的評價指標進行非量綱化處理與檢驗［19 ］。

在評價方法方面，文獻［20］中提出定性評價方法主要有判別法、一覽表法、網絡法等，定量評價方法有分級-加權-一覽表法、矩陣法、概率評分法和其他智能性評價方法人工神經網絡等。羅金耀根據多目標模糊集理論，提出了節水灌溉繫統模糊綜合評價理論與模型，並對廣西憑祥市萬畝節水灌溉工程可能滿意度和模糊多目標決策評價理論進行了評價［ 21］。郭宗樓等提出了灌排工程項目環境影響評價指標體繫及其模型［22］。侯維東等利用改進的層次分析法和灰色關聯法對山東

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