華北灌溉農業與地下水適應性研究（簡體書）

《華北灌溉農業與地下水適應性研究》基於近60年來華北平原氣象、水文、地下水演變特徵和水資源開發利用現狀，闡述了灌溉農田作物佈局結構、種植規模與強度、灌溉用水規模與農業開採強度的時空變化規律以及其與區域地下水資源承載力之間適應性狀況，包括不同作物灌溉用水對各主要地下水超采區影響特徵，剖析了不同水文年型農業開採強度隨降水變化對區域地下水位升降影響的程度與機制。書中還詳盡介紹了項目組創建的農作物灌溉用水強度與區域水資源承載力之間適應性的評價理論方法與應用關鍵技術以及涵養超采區地下水的作物佈局結構調控模式與方略。《華北灌溉農業與地下水適應性研究》可供灌溉農業、水文水資源、農田水利、水文地學和生態環保領域科研、規劃、管理、教學工作者和研究生參考使用。·

《華北灌溉農業與地下水適應性研究》可供灌溉農業、水文水資源、農田水利、水文地學和生態環保領域科研、規劃、管理、教學工作者和研究生參考使用。

前言第1章 自然環境概況1.1 地理環境與分區特徵1.1.1 地理環境1.1.2 分區特徵1.2 氣象與水文條件1.2.1 氣象1.2.2 水文1.3 區域地質與地下水系統1.3.1 地下水系統1.3.2 含水層組劃分1.3.3 水文地質參數特徵1.4 社會經濟與水資源開發利用概況1.4.1 社會經濟概況1.4.2 水資源開發利用狀況第2章 氣候與水資源演變特徵2.1 區域降水與氣溫及蒸發時空變化特徵2.1.1 降水量年際時空變化特徵2.1.2 降水量年內時空變化特徵2.2 氣溫與蒸發量變化特徵2.2.1 氣溫變化特徵2.2.2 蒸發量變化特徵2.3 區域水資源與地下水資源時空變化特徵2.3.1 區域水資源量變化特徵2.3.2 近10年來地表水資源狀況2.3.3 近10年來地下水資源狀況2.4 區域地下水位變化與漏斗特徵2.4.1 區域地下水位變化2.4.2 區域地下水位降落漏斗特徵2.5 地下水可開採資源量及其可變性2.5.1 淺層地下水可開採資源量2.5.2 深層水可利用量2.5.3 水資源量可變性特徵2.6 用水量與結構變化特徵本章小結第3章 灌溉農業佈局與用水強度變化特徵3.1 近60年來耕地與水澆地面積演變特徵3.1.1 耕地面積變化特徵3.1.2 水澆地面積變化特徵3.1.3 農作物種植面積與強度變化規律3.2 近60年來糧食種植規模與灌溉用水強度演變特徵3.2.1 糧食作物種植規模變化與區位特徵3.2.2 糧食作物產量變化與區位特徵3.2.3 糧食作物灌溉用水強度變化與區位特徵3.3 近30年來蔬菜鮮果種植規模與灌溉用水強度演變特徵3.3.1 蔬菜鮮果種植規模變化與區位特徵3.3.2 蔬菜鮮果產量變化與區位特徵3.3.3 蔬菜鮮果林灌溉用水強度變化與區位特徵3.4 近10年來農林灌溉用水特徵3.4.1 農林灌溉用水量分佈特徵3.4.2 典型區農林灌溉開採量變化特徵3.4.3 超采區農林灌溉用水量變化特徵本章小結第4章 農業用水強度與水資源承載力適應性狀況4.1 基本理念與評價體系4.1.1 基本理念與方法4.1.2 適應性評價原則與指標體系4.1.3 基值確定及評價等級與標準4.1.4 資料來源與分析方法4.1.5 評價平臺與技術要求4.2 灌溉農田用水與水資源承載力適應性4.2.1 不同作物灌溉用水總體特徵4.2.2 區域適應性特徵4.2.3 分區適應性特徵4.3 農業用水強度與地下水承載力適應性4.3.1 區域適應性特徵4.3.2 分區適應性特徵4.3.3 超采區適應性特徵4.3.4 影響適應性主導因素分析4.4 不同作物灌溉用水對適應性狀況影響4.4.1 夏糧作物灌溉用水影響4.4.2 秋糧作物灌溉用水影響4.4.3 蔬菜作物灌溉用水影響4.4.4 耗水型果林灌溉用水影響本章小結第5章 農業開採量變化動因及其對區域地下水影響特徵5.1 術語與基礎理論5.1.1 重要術語含義5.1.2 基礎理論5.2 農業開採量與灌溉量和降水量互動特徵5.2.1 山前平原區農業開採量與灌溉量和降水量互動特徵5.2.2 黑龍港平原區農業開採量與灌溉量和降水量互動特徵5.2.3 濱海平原區農業開採量與灌溉量和降水量互動特徵5.2.4 不同分區之間差異特徵5.3 農業開採量與耗水作物種植規模之間關係5.3.1 山前平原區農業開採量與不同作物種植規模關係5.3.2 黑龍港平原區農業開採量與不同作物種植規模關係5.3.3 濱海平原區農業開採量與不同作物種植規模關係5.4 糧食作物灌溉用水對地下水位變化影響特徵與機制5.4.1 山前平原區糧食作物對地下水位變化影響5.4.2 黑龍港平原區糧食作物對地下水位變化影響5.4.3 濱海平原區糧食作物對地下水位變化影響5.5 蔬菜作物與鮮果林灌溉用水對區域地下水影響特徵5.5.1 蔬菜作物灌溉用水對區域地下水影響5.5.2 鮮果林灌溉用水對區域地下水影響5.6 農業開採量變化動因及其對區域地下水影響規律5.6.1 農業開採量變化動因與對地下水影響規律5.6.2 農業開採量與降水量之間均衡變化規律5.6.3 農業開採量與降水量之間均衡模式意義。本章小結第6章 農灌超用水調控模式與對策6.1 水資源緊缺情勢與屬性6.1.1 基本理念。6.1.2 區域水資源緊缺情勢6.1.3 區域水資源緊缺屬性6.2 農灌用水強度調控模式與對策6.2.1 紅區作物佈局結構調整方向與力度6.2.2 橙黃區農作物灌溉用水強度優化重點與對策6.2.3 重視黑龍港及運東平原水資源貧乏導致不適應性6.2.4 基雨保墒減降夏糧作物灌溉用水強度6.2.5 全面加強節水農業觀念，提高地下水涵養能力6.3 重點區耗水作物灌溉用水強度調控方略6.3.1 淺層水嚴重超采區調控方略6.3.2 深層水嚴重超采區調控方略本章小結第7章 結論與建議7.1 主要成果與認識7.2 華北平原農作物灌溉用水強度調控方略與對策參考文獻附圖·

第1章 自然環境概況
本章分為四部分，分別簡述華北平原地理環境與分區特征、氣象與水文概況、區域地質與地下水埋藏條件、經濟概況與水資源開發利用狀況，作為后續幾章的研究基礎。
1.1 地理環境與分區特征
1.1.1 地理環境
華北平原分布范圍是東經112°30′～119°30′，北緯34°46′～40°25′；北起燕山前50m地面等高線，南至黃河，東臨渤海，西以太行山前100m地面等高線為界。在行政區劃上，包括北京市、天津市以及河北省所轄管的全部平原以及黃河以北的豫北平原和魯北平原（附圖1.1），涉及21市的207縣（市），面積13.92萬km2，總人口1.33億。
在地形、地貌上，華北平原地處太行山山脈以東，燕山山脈以南，自北、西、南三個方向傾向渤海灣，地形坡降由山前1‰～2‰逐漸變緩為0.1‰～0.2‰。從山麓至渤海海岸線，分布著山前沖積洪積傾斜平原（簡稱“山前平原”，下同）、中部沖積湖積泛濫平原（簡稱“中部平原”，下同）、東部沖積海積濱海平原（簡稱“濱海平原”，下同）。山前平原的寬度為30～80km，呈沖洪積扇狀分布，規模大小不等。中部平原與濱海平原的界線東起唐海，向西位于寧河―靜海―鹽山―濱州一線。在中部平原區分布有大型沖積扇、扇間洼地、淺碟狀洼地、條狀背河洼地、河間帶和崗地，多種復雜地貌交錯重疊（附圖1.2），這些地形、地貌對地表徑流、地下水運動與儲存富集、咸水分布與鹽堿地形成都具有一定的控制作用。
1.1.2 分區特征
1.華北山前平原的分區特征
華北的山前平原地處太行山山前100m地面等高線以東的平原區和燕山山前50m地面等高線以南的平原區，由形成于不同時期的、規模大小不等的河流沖洪積扇疊置和連接組成，主要為第四系沖洪積的砂礫石層、亞砂土及亞黏土的松散堆積物。本書中的山前平原面積43860km2，包括北京、河北（唐山、保定、石家莊、邢臺和邯鄲）以及河南（安陽、新鄉）等山前平原區，其中河北的山前平原面積占華北山前平原總面積的67.01%，河南的山前平原面積占15.02%，北京的山前平原面積占14.59%。天津的山前平原面積較小，僅為1481km2，占華北山前平原總面積的3.38%。
灤河及冀東山前平原位于華北平原的東北部，屬于流域分區“灤河及冀東平原”中上游帶，隸屬河北省唐山市和秦皇島市管轄，由灤河、洋河、沙河和陡河等沖洪積扇構成，面積4236km2。
海河北系山前平原位于華北平原的北部，屬于流域分區海河北系的“北四河平原”
上游帶，隸屬北京市、天津市和河北省唐山及廊坊轄管，由永定河、潮白河、溫榆河和白溝河等沖洪積扇構成，第四系沉積物之下掩埋的碳酸鹽巖古潛山分布廣泛。該平原面積9407km2，其中，北京山前平原面積占61.61%，河北山前平原面積占22.64%，天津山前平原面積占15.74%。
大清河水系山前平原位于華北平原的西北部，地處河北省保定市、石家莊市及北京地區，流域分區在海河南系的“大清河淀西平原”區內，由拒馬河、唐河、易水河、漕河和府河等沖洪積扇構成，京廣鐵路以西第四系沉積物之下掩埋有變質巖、閃長巖、白云巖和石灰巖。該平原面積12323km2，其中，保定山前平原面積占79.79%，石家莊山前平原占15.31%，北京山前平原占4.90%。
子牙河水系山前平原位于華北平原中西部，地處河北省石家莊市、邢臺市和邯鄲市管轄區，流域分區在海河南系的“子牙河平原”區內，由滹沱河、大沙河、磁河和坻河等沖洪積扇構成，扇頂第四系沉積物之下掩埋有變質巖。該平原面積11537km2，其中，石家莊山前平原面積占41.89%、邢臺山前平原占37.51%，邯鄲山前平原占20.60%。
漳衛河水系山前平原位于華北平原的西南部，地處河北省邯鄲市和河南省黃河以北地區，流域分區在海河南系的“漳衛平原”區內，由漳河、衛河、淇河、安陽河、沙河和白馬河流沖洪積扇構成，沙河以南第四系沉積物之下掩埋砂頁巖，以北第四系之下分布有碳酸鹽巖。該平原面積6357km2，其中，河北省邯鄲山前平原面積占20.42%，河南省山前平原占79.58%。
2.華北中部平原的分區特征
華北的中部沖積湖積平原由海河、灤河和古黃河等水系沖積湖積物組成，面積59424km2，地勢自北、西向渤海灣方向緩傾，地面標高多在50m以下，天津一帶為20m以下，最低點在天津市附近。中部平原主要分布天津市北部、河北省中部、山東省西北部地區，其中，河北的中部平原面積占華北中部平原總面積的53.52%，山東的中部平原面積占36.45%，天津的中部平原面積占7.16%。河南的中部平原面積較小，僅為1705km2，占華北中部平原總面積的2.87%。
永定河扇前的沖積湖積平原位于河北省香河縣、安次縣、永清縣和固安縣一帶，為永定河、潮白河山前沖洪積扇與扇前洼地的過渡地帶，流域分區在“北四河下游平原”
區內，面積4255km2，地形平坦，河流易泛濫改道。
白洋淀黃莊的沖積湖積平原位于河北省白洋淀、東淀、文安洼和天津黃莊洼等扇前洼地區，流域分區在海河南系的“大清河平原”區內，面積8927km2，地形低洼，河道迂回，局部形成半封閉或封閉的湖泊和季節性積水洼淀。
滹沱河扇前的沖積湖積平原位于河北省辛集市、冀州市和安國縣一帶，流域分區主要在海河南系的“子牙河平原”區內，面積3848km2，區內地形平坦，有沙壟狀古河道分布。
永年千頃洼地和漳衛河水系的沖積湖積平原位于河北省永年洼、大陸澤、寧晉泊和千頃洼等山前沖洪積扇與黃河沖積平原的交接洼地，以及河北省邯鄲、邢臺和衡水地區的東部及滄州的西部地區，流域分區主要在海河南系的“黑龍港及運東平原”區內，面積20386km2，地形平坦，多為半封閉的湖沼洼地。
黃河徒駭馬頰河水系的沖積湖積平原位于河南省黃河以北的東部、山東省黃河以北地區，流域分區在“徒駭馬頰河平原”區內，為古黃河改道、決口和泛濫所產生的河床、漫流、靜水和歧流沉積作用區，地形南高北低。該平原面積22008km2，其中，山東省占90.59%，河南省占7.75%，河北省占1.66%。
3.華北濱海平原的分區特征
華北東部沖積海積的濱海平原大致沿渤海灣北岸、西岸呈半環狀分布，主要由近代海侵和河流沖積而成，一般寬25～60km，地面標高2～10m，地勢低平，微向海傾斜，多為低洼鹽堿地，分布有湖和洼地沉積，并遺留三道古海岸線遺跡貝殼堤。華北濱海平原主要分布在天津市南部、河北省東部、山東省東北部地區，面積35954km2，其中，河北省濱海平原面積占華北濱海平原總面積的51.61%，山東省濱海平原面積占33.21%，天津市濱海平原面積占15.18%。
沿環渤海海岸線分布的海灘涂洼地區為近代海退成陸的灘涂，一般寬8～20km，地貌呈現為沼澤、洼地、沙堤和鹽田。黃河三角洲沖積海積平原主要分布在山東省東營市和濱州地區，地面標高2～10m。
1.2 氣象與水文條件
1.2.1 氣象
華北平原屬歐亞大陸東岸暖溫帶半干旱季風型氣候區，春季多風，夏季炎熱多雨，秋季晴朗氣爽，冬季寒冷干燥，具有四季分明的特點。多年平均降水量為549.6mm，年內降水量多集中在7～9月，占全年降水量的75%左右，冬季最少，易春旱秋澇，晚秋又旱。從華北平原多年平均降水量分布特征來看，燕山山前平原年降水量較大，石家莊―衡水―邢臺一帶年降水量較小（附圖1.3）。降水量年際變化大，枯水年份大部分地區降水量不足400mm（2002年河南清風站，僅148.6mm），豐水年份大部分地區降水量大于800mm。
從三級水資源分區來看，灤河及冀東平原1956～2009年多年平均降水量636mm，最大1050mm，最小356mm。北四河平原多年平均降水量607mm，最大1230mm，最小329mm。大清河平原多年平均降水量533mm，最大889mm，最小297mm。子牙河平原多年平均降水量511mm，最大993mm，最小283mm；漳衛河平原多年平均降水量582mm，最大1069mm，最小301mm。黑龍港及運東平原多年平均降水量535mm，最大935mm，最小292mm。徒駭馬頰河平原多年平均降水量567mm，最大1023mm，最小295mm（表1.1）。
華北平原南北氣溫差異較大。由西北向東南逐漸增高，變化為10.0～14.5℃；東西溫差不明顯，平均不到1℃。最冷區位于灤河及冀東平原，最暖位于漳衛河水系平原的南部。極端最高氣溫45.8℃（山東省高唐，1934年7月14日），極端最低氣溫-28.2℃（河北省霸縣，1966年2月22日）。年平均氣溫10～15℃。全年1月溫度最低，為-1.8～1.0℃；7月溫度最高，為26～32℃。全年日照時數為2400～3100小時。
無霜期在200天以上。水面蒸發量為1100～2000mm，1～2月較穩定，3月開始逐漸升高，4～5月明顯增多，6～9月達到最大，10月以后開始下降。蒸發量隨著氣溫上升而增加，隨緯度增加而遞減。
1.2.2 水文
華北平原分布有灤河流域各水系、海河流域各水系和黃河流域中下游水系（附圖1.4），以及永年洼、大陸澤、寧晉泊、大浪淀和東淀等。在各水系中，灤河、潮白河、永定河、滹沱河和漳河等發源于背風山區，源遠流長，山區匯水面積大（表1.2），水系集中，河道泥沙較多。目前，絕大部分水系在出山口處都有大型水庫控制。薊運河、北運河、大清河、滏陽河和衛河等發源于太行山或燕山迎風坡，支流分散，源短流急，洪水多經洼地滯蓄后下泄，泥沙較少。
1.灤河各水系
灤河發源于河北省豐寧縣巴延屯圖古爾山麓，上源稱閃電河，經河北沽源縣向北流入內蒙古后，又折回河北省，經灤河的大黑汀水庫和青龍河的桃林口水庫調節，穿過長城至灤縣進入冀東平原，于樂亭縣南入海。沿途匯入的支流很多，常年有水的支流達500余條，流域面積5.37萬km2。冀東沿海諸河位于灤河下游干流兩側，有洋河和陡河等河流，發源于燕山南麓丘陵地區，經洋河水庫和陡河水庫調節后進入華北平原，直接入渤海。
2.海河各水系
海河各水系包括薊運河、潮白河、北運河、永定河、大清河、子牙河和漳衛河七大水系。
薊運河位于灤河以西、潮白河以東。主要支流有河、州河和還鄉河，州、兩河發源于河北省興隆縣，于九王莊匯合后始稱薊運河，經于橋水庫調節后，南流至北塘匯入永定新河入海，干流長度156.8km，流域面積10288km2。河道蜿蜒曲折，支流源短、水量大、水流急，洪水期間支、干流相互頂托，不能及時下瀉，常停蓄于沿河兩岸之低洼地區而形成洼淀。
潮白河位于薊運河以西、北運河以東，由潮河、白河兩大支流組成，均發源于河北省沽源縣南，在密云縣以南匯合始稱潮白河，經密云水庫和懷柔水庫調節，至香河吳村閘，長度284km；在河北省香河市入潮白新河，至寶坻入黃莊洼匯薊運河入渤海，潮白新河河道長度為183km，流域面積19354km2。
北運河位于潮白河與永定河之間，發源于北京市昌平縣燕山南麓，由十三陵水庫調節，通縣北關閘以上稱溫榆河，北關閘以下始稱北運河，在天津武清納龍風河到入海河，河道干流總長142.7km，流域面積6166km2。
永定河位于北運河、潮白河西南，大清河以北，是海河流域北系一條主要河道，上游有桑干河、洋河兩大支流，分別發源于內蒙古高原的南緣和山西高原的北部，兩河在河北省懷來縣朱官屯匯合后稱永定河，流域總面積47016km2，其中官廳以上流域面積43480km2，官廳到三家店為官廳山峽，區間面積1600km2，三家店以下為中下游地區，集水面積近2000km2。永定河自三家店以下河道全長200km左右，分為三家店―盧溝橋段、盧（溝橋）―梁（各莊）段、永定河泛區段和永定新河段等四段。永定河泛區出口屈家店以下大部分洪水由永定新河入海，小部分洪水經北運河入海河干流。永定新河于大張莊以下納北京排污河、金鐘河、潮白新河和薊運河，于北塘入海。
大清河水系位于永定河以南，子牙河以北，西起太行山，東臨渤海灣，北鄰永定河，南界子牙河，流域面積43060km2。大清河水系支流繁多，源短流急，分南北兩支流。北支為拒馬河，北拒馬河先后納入小清河、琉璃河和夾括河等支流；南拒馬河納易水河，至河北白溝后稱大清河。易水河經安各莊水庫調節進入華北平原。南支有瀑河、漕河、唐河、沙河、郜河和磁河等，分別經瀑河水庫、龍門水庫、西大洋水庫、王快水庫、口頭水庫和橫山嶺水庫調節進入華北平原，均匯入白洋淀，后匯入大清河，在天津西與子牙河匯合入海河。白洋淀、白草洼、蘭溝洼、樂淀和文安洼等均為該水系重要洪水調節所。
子牙河系位于大清河以南、漳衛南運河以北，主要支流有滹沱河和滏陽河，流域面積49327km2，其中黃壁莊以上23400km2。滹沱河發源于太行山東側、山西省五臺山北麓，流經忻定盆地至東冶鎮以下，穿行于峽谷之中，至崗南附近出山峽，納冶河經黃壁莊后入平原。滹沱河支流眾多，主要有河、南洋河、河和槐河等，各支流均匯集于大陸澤和寧晉泊，以下經艾辛莊至獻縣與滹沱河相匯后稱子牙河。滏陽河匯太行山東側20余條短小河流，呈扇形水系，以大陸澤、寧晉泊和千頃洼等洼地調節洪水。1963年后修筑滏東排河及子牙新河，洪水可不經天津市而直匯海河入渤海。
漳衛河水系位于子牙河以南，上游有漳河和衛河兩大支流，流域面積34766km2。
北支發源于山西的清漳河和濁漳河，在太行山區匯合后稱為漳河；南支為發源于山西陵川縣的衛河，在焦作附近進入華北平原，沿途納淇河和安陽河等支流，與漳河相匯后稱為漳衛河、南大排河和捷地減河等，河水可以不經天津市而直接通過獨流減河入渤海。