氣候變化條件下寶雞峽灌區(qū)主要作物需水量時空演變及節(jié)水潛力分析.pdf

1、受氣候變化的影響，極端天氣事件頻次趨多，水資源安全遭受極大挑戰(zhàn)，尤其是農(nóng)業(yè)灌溉用水形勢頗為嚴峻，直接威脅到糧食安全問題。寶雞峽引渭灌區(qū)是陜西省最大的灌區(qū)，對陜西省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至整個國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起到極其重要的作用與影響。
　　本研究以寶雞峽灌區(qū)為主要研究對象，綜合考慮灌區(qū)的氣候資料、主要作物資料及灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展狀況等因素對灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水的影響，研究灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水的影響因素和時空變化規(guī)律，為制定氣候變化條件下的灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、確定合

2、理的作物灌溉定額和種植制度，以及為應(yīng)對氣候變化灌區(qū)應(yīng)采取的應(yīng)對措施等提供參考。通過本文的研究，主要取得以下結(jié)果:
　　(1)由于氣象因素變化具有隨機性，且波動起伏較大，根據(jù)氣象因素的時間序列資料，本文分別計算各氣象因素的平均值，并消除隨機因素的波動影響，以顯示各氣象因素的變化趨勢，依據(jù)變化趨勢進行分析預(yù)測。
　　根據(jù)寶雞峽引渭灌區(qū)12個氣象站點的地理位置和氣象資料，計算灌區(qū)1961～2010年間逐月、逐年主要作物生育期的平均

3、氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平溫風速、平均相對濕度、日照時數(shù)及降水量。運用時間序列分析法，探討各氣象因素的時間演變規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn):寶雞峽灌區(qū)的面平均氣溫、最高氣溫及最低氣溫50年內(nèi)總體呈波動性上升趨勢，且最高氣溫和最低氣溫從1985年以后，表現(xiàn)出明顯穩(wěn)定增溫效應(yīng)。灌區(qū)面平均降水量和標準化降水指數(shù)(SPI)在時間序列上雖呈現(xiàn)頻繁的波動性，但降水量與SPI在時間序列上總體呈下降趨勢，且近20年來灌區(qū)氣象干旱程度越來越嚴重，發(fā)生的頻率增多，導(dǎo)致

4、灌區(qū)向暖干方向演變。灌區(qū)相對濕度、風速和日照時數(shù)長時間尺度上的周期性變化不明顯。此外，Hurst指數(shù)分析和小波分析的結(jié)果也表明:灌區(qū)平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和相對濕度呈增加趨勢，風速、日照時數(shù)、降水量和SPI呈下降趨勢。
　　綜合分析不同研究方法的結(jié)果，本文認為:未來寶雞峽灌區(qū)各氣象因素在未來長時間尺度上，將向暖干化方向變化。
　　(2)從時間尺度上分析計算了寶雞峽灌區(qū)內(nèi)各站點各種主要作物多年平均的年際和年內(nèi)需水量變化趨

5、勢。分析結(jié)果表明:棉花是四種主要作物中需水量最大的作物，1961～2010年棉花的多年平均需水量達到626.34mm/a，多年日平均需水量介于1.53～4.70 mm/d之間;油菜的需水量次之，為574.38mm/a，多年日平均需水量介于0.84～3.00mm/d之間;夏玉米的需水量較小，為468.61mm/a，多年日平均需水量介于3.20～5.03mm/d之間;冬小麥的需水量最小，為447.32 mm/a，多年日平均需水量介于0.89

6、～3.08mm/d之間。同時，分析了灌區(qū)不同作物的生育期內(nèi)不同水文頻率對應(yīng)的需水量的年內(nèi)變化規(guī)律。
　　從空間尺度上，對寶雞峽灌區(qū)12個站點1960～2010年50年間不同作物逐年全生育期需水量進行了分析。咸陽站冬小麥需水量多年平均值最大，達539.32 mm/a;興平站冬小麥需水量多年平均值最小，為466.76 mm/a。咸陽站夏玉米需水量多年平均值最大，達520.59mm/a;扶風站夏玉米需水量多年平均值最小，為461.09m

7、m/a。咸陽站棉花需水量多年平均值最大，達694.85 mm/a;興平站的棉花需水量多年平均值最小，為617.60mm/a。咸陽站油菜需水量多年平均值最大，達610.05mm/a;興平站油菜需水量多年平均值最小，為530.94mm/a。
　　(3)考慮到灌區(qū)面尺度上的作物需水量分布具有空間變異性，本文通過灌區(qū)內(nèi)各代表點的作物需水量資料來估計寶雞峽灌區(qū)整個面尺度的需水量分布特征，通過空間插值方法獲得25％、50％、75％三個水文年型

8、的灌區(qū)各主要作物的需水量空間分布特征。寶雞峽灌區(qū)四種作物（冬小麥、夏玉米、棉花和油菜）需水量的空間分布特征基本一致，總體主要呈現(xiàn)為:從西至東逐漸增加和局部減少，從北到南整體上呈現(xiàn)逐漸減少和局部略有增加的變化特征。其中在灌區(qū)內(nèi)12個站點中，北部的乾縣站、禮泉站和東部的咸陽站不同作物在不同水文年型的需水量均偏大，而灌區(qū)中南部的扶風站和興平站的需水量則明顯偏低。
　　(4)以往有關(guān)氣象要素對作物需水量的影響研究中，大多采用相關(guān)分析法，但

9、實際上各氣象要素之間也存在較大相關(guān)性，對分析結(jié)果造成一定的影響。為此本文采用通徑分析法，逐一分析各氣象因素對寶雞峽灌區(qū)作物需水量的影響，以及揭示各氣象因素對作物需水量影響的相對重要性，并分析影響作物需水量的限制性氣象因子。結(jié)果表明:寶雞峽灌區(qū)影響作物需水量的主要氣象因子是風速、日照時數(shù)、相對濕度、最高氣溫和平均氣溫，其決策系數(shù)絕對值均在10％以上。最低氣溫對冬小麥需水量綜合影響的決策系數(shù)為-5.42％，是主要限制性因素。最高氣溫對夏玉米

10、需水量綜合影響的決策系數(shù)為-10.99％，是主要限制性因素。最低氣溫對棉花需水量綜合影響的決策系數(shù)為-4.53％，是主要限制性因素。最高氣溫對油菜需水量綜合影響的決策系數(shù)為-14.35％，是主要限制性因素。
　　(5)應(yīng)用回歸分析法，進一步逐一分析研究了各氣象因素對寶雞峽灌區(qū)灌溉需水量的影響。研究發(fā)現(xiàn):在冬小麥生育期，日照時數(shù)，平均氣溫和最高氣溫與灌溉需水量之間呈正相關(guān)關(guān)系，相對濕度和降水量與灌溉需水量之間呈負相關(guān)關(guān)系。夏玉米生育

11、期，平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)與灌溉需水量之間呈正相關(guān)關(guān)系，相對濕度、降水量與灌溉需水量呈負相關(guān)關(guān)系，SPI與夏玉米需水量也達到了極顯著的相關(guān)性。平均氣溫、日照時數(shù)、相對濕度、最高氣溫、風速和降水量對棉花的需水量影響較大。平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)與棉花需水量之間呈正相關(guān)關(guān)系，SPI與棉花灌溉需水量呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系。平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)與油菜灌溉需水量之間呈正相關(guān)關(guān)系，而相對濕度、降水量與油菜灌溉需水量呈負相關(guān)關(guān)系。

12、r>　　(6)綜合考慮寶雞峽灌區(qū)主要作物種植結(jié)構(gòu)特點、種植面積、自然和經(jīng)濟條件及作物需求等，本研究參照目前常用的計算公式，計算了不同氣候條件下的寶雞峽灌區(qū)的節(jié)水潛力，在豐水年，主要作物的節(jié)水潛力最大，冬小麥和夏玉米的節(jié)水潛力分別為78.93 mm和122.72 mm;在平水年，作物的節(jié)水潛力較豐水年小，冬小麥、夏玉米、棉花、油菜的節(jié)水潛力分別為40.96 mm、105.93 mm、125.01 mm和70.65 mm;在干旱年，冬小麥、