气候变化对西北干旱区农业灌溉需水的影响研究

摘要

我国是世界上水资源严重短缺的国家之一，在西北干旱区水资源短缺的形势更加严峻。西北干旱区农田灌溉消耗了水资源的绝大部分，近些年来随着社会经济的发展、人口的激增，耕地面积进一步扩大，对水资源的需求也进一步增加。大量抽取地表水灌溉引发了一系列的生态环境问题，导致河流断流、荒漠植被生态系统遭到破坏、沙漠侵袭，进而又制约了农业的发展。水资源已经成为西北干旱区社会经济发展的主要限制因素。因此研究农业灌溉需水量，分析其时空变化规律，对区域水资源安全以及农业可持续发展方面具有重要意义。
　　 本文在充分收集数据资料的基础上，通过Penman-Monteith公式，结合作物生育期以及作物系数等数据计算了西北干旱区主要作物的单位面积需水量，然后通过对站点数据的空间插值以及对统计数据的空间化模拟1989年以来西北干旱区主要作物的灌溉需水量，并对流域水资源安全做了简单评价。这些研究的结果可以为西北干旱区水资源合理配置以及水资源规划等提供理论参考。
　　 研究结果表明:近50年来，气候变暖导致西北干旱区热量条件得到改善，为农作物种植结构的调整提供了很好的热量资源，同时气候变暖也导致作物单位面积需水量显著增加。计算结果显示，温度每增加1℃，棉花需水量增加18mm，小麦、玉米增加13mm，且不同地区作物需水受温度增加的影响存在差异。作物需水量按其强度排列，依次为甜菜＞棉花＞玉米＞小麦＞油料，空间分布上表现为河西＞北疆＞南疆。
　　 2010年灌溉需水量达到443亿m3，而河西地区仅46.5亿m3。相比1989年，多数地区灌溉需水量都呈增加趋势，总灌溉需水量增加136亿m3。灌溉需水增加的地区与棉花面积迅速增加的地区基本一致。灌溉需水量高峰期主要集中在6、7、8月份，南疆种植制度的差异使得存在5月和8月的双峰值。
　　 就流域水资源安全来看，尽管叶尔羌河、黑河、开孔河流域地表水资源年尺度上基本满足作物灌溉，但是仍存在季节性缺水。自1989年以来多数流域水资源短缺的形势进一步加剧。
　　 未来各GCM模式模拟的气温和降水差异较大，其中MPI_ECHAM5模拟气温偏低，而MIROC3.2模拟降水偏高。2046～2075年该区年均温将增加0.1～2.3℃，降水增加-39～145mm。未来IWR增加-1.9～68.4亿m3，其中北疆北部以及河西地区变化不大，而未来南疆以及天山北部地区IWR将显著增加。

目录

声明

论文说明

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 作物耗水与灌溉需水量研究

1．2．2 气候变化情景与模式研究

1．2．3 气候变化对作物灌溉用水的影响研究

1．3 研究目的、研究内容以及创新点

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 创新点

2 研究区概况与研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 自然地理概况

2．1．2 社会经济概况

2．2 数据来源

2．3 研究方法

2．3．1 参考作物需水量

2．3．2 作物系数

2．3．3 有效降水量

2．3．4 灌溉水利用系数

2．3．5 空间插值

2．3．6 统计数据的空间化

2．4 未来情景的气候数据处理

2．5 技术路线

3 西北干旱区气候变暖特征及对作物需水的影响

3．1 过去50年气候变化趋势

3．1．1 降水的变化趋势

3．1．2 气温和积温的变化趋势

3．2 未来情景下气温和降水的可能变化

3．2．1 降水的可能变化

3．2．2 气温的可能变化

3．3 气候变暖对农业和作物需水量的影响

3．4 小结与讨论

4 作物灌溉需水量及其变化

4．1 1989-2010年间灌溉需水量及其时空变化

4．1．1 作物需水量的时空变化

4．1．2 灌溉需水量时空变化及验证

4．2 未来气候情景下灌溉需水量的可能变化

4．3 小结与讨论

5 流域水资源供需分析

5．1 典型流域农业水文特征

5．1．1 干旱区流域的水文特征

5．1．2 农业活动特征

5．2 典型流域农业水资源供需及其变化分析

5．2．1 典型流域水资源供需分析

5．2．2 西北干旱区不同流域农业供需水风险评估

5．3 不同应对策略的情景分析

5．3．1 作物面积的调整

5．3．2 灌溉水利用系数的调整

5．4 小结与讨论

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

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