华北平原在限水和咸水灌溉及喷灌情景下作物水分生产力的模拟与深层地下水压采量的估算——以河北省黑龙港地区为例

本书是一部以分布式的方式运用土壤-水-大气-植物与世界食物研究(Soil Water Atmosphere Plant-WOrld FOod STudy,SWAP-WOFOST)模型对华北平原的河北省黑龙港地区在冬小麦-夏玉米一年两熟制下开展农业水文模拟研究的学术专著。作者针对多年来该区域井灌超采深层地下水所面临的水安全危机，就冬小麦生育期在限水灌溉和咸水灌溉及喷灌这三种情景下作物水分生产力的时空变化进行模拟，并分别估算各模拟情景中优化的灌溉模式对深层地下水的压采量。这是一项结合国家水粮安全与可持续发展战略、以当前实际应用需求中的科学问题为导向的模拟研究，书中的研究结果可为该区域目前开展的与“华北地区地下水超采综合治理行动方案”相关的管理决策工作提供定量化的参考依据。本书可供水利和农业等学科相关领域的科技工作者和研究生及有关管理部门的人员参考。

任理，1959年6月生于北京，工学博士，中国农业大学资源与环境学院土壤和水科学系教授，博士生导师。曾受聘：中国科学院地理科学与资源研究所客座研究员（2002—2005年）；中国科学院计算数学与科学工程计算研究所科学与工程计算国家重点实验室客座研究员（2002—2004年）；中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室水文水资源研究方向客座研究员（2004—2007年）。曾受邀担任：中国土壤学会土壤物理专业委员会副主任；国家自然科学基金委员会地球科学部与中国地质调查局水文地质环境地质部“中国地下水科学战略研究小组”成员。现受邀担任：中国水利学会水资源专业委员会委员；中国地质学会环境地质专业委员会委员；中国地质学会水文地质专业委员会委员；中国自然资源学会水资源专业委员会委员。目前受聘兼任：南方科技大学环境科学与工程学院访问教授；中国科学院农业水资源重点实验室客座研究员。多年担任《水利学报》和《水文地质工程地质》编委。研究领域：土壤物理学、农业水文学。近年来的主要研究方向：农业水土资源环境可持续利用的模拟与评估。为本科生和研究生讲授的课程有：地下水流数值模拟、土壤水动力学、土壤物理、土壤溶质运移。具体指导并获得学位的硕士生29名、博士生17名。此外，独立指导已于2006年出站的印度博士后1名。曾获：中国农业大学本科教学优秀奖励（1998年）；中国农业大学优秀硕士论文指导教师（2002年）；中国农业大学优秀博士论文指导教师（2004年和2006年）。所指导的博士学位论文曾入选“全国优秀博士学位论文提名论文”（2008年）。在国内外学术期刊上发表论文近100篇，出版学术专著1部。

第1章绪论
1.1研究背景和意义
1.2研究进展概述
1.2.1研究区及其毗邻地区冬小麦限水灌溉的田间试验进展概述
1.2.2研究区内冬小麦咸水灌溉的田间试验进展概述
1.2.3研究区及其毗邻区域冬小麦喷灌的田间试验进展概述
1.2.4农业水文模型SWAP（或SWAP-WOFOST）在国内外的应用研究进展概述
1.3研究目标和研究内容与技术路线
1.3.1研究目标
1.3.2研究内容与技术路线
第2章材料与方法
2.1研究区概况
2.1.1行政区划和所选择的试验站
2.1.2气候与气象
2.1.3土壤
2.1.4地形地貌
2.1.5土地利用
2.1.6种植制度与种植结构
2.1.7用水结构和喷灌概况
2.2SWAP-WOFOST模型的简介
2.2.1土壤水分运动
2.2.2土壤盐分运移
2.2.3降水截留和蒸散
2.2.4作物生长
2.2.5灌溉
2.2.6下边界条件
2.3参数敏感性分析与率定及验证
2.3.1参数敏感性分析的方法
2.3.2参数敏感性分析的步骤
2.3.3站点尺度参数率定与验证及区域尺度模型验证的步骤
2.3.4率定方法
2.3.5模拟精度的评价指标
2.4SWAP-WOFOST模型中分布式模拟单元的构建与模拟时段的选择
2.4.1气象数据及其分区
2.4.2土壤水力参数及其分区
2.4.3土壤盐分运移参数及其分区
2.4.4土壤剖面初始盐分及其分区
2.4.5作物参数及其分区
2.4.6作物的播种和收获时间及其分区
2.4.7灌溉制度及其分区
2.4.8模拟剖面下边界和土壤初始含水量及其分区
2.4.9浅层地下水矿化度及其分区
2.4.10耕地与非耕地的分区
2.4.11水资源的分区
2.4.12县（市）域的分区
2.4.13模拟时段的选择
2.5限水灌溉情景的设置和模拟分析及评估
2.5.1冬小麦限水灌溉模拟情景的设置
2.5.2冬小麦灌水时间的推荐原则
2.5.3冬小麦灌溉模式的优化
2.5.4农田节水量及深层地下水压采量的估算思路
2.6咸水灌溉情景的设置和模拟分析及评估
2.6.1冬小麦咸水灌溉模拟情景的设置
2.6.2适宜的咸水灌溉模式的求解
2.6.3适宜的咸水灌溉模式与咸水资源匹配性的评估及深层地下水压采量的估算
2.7喷灌情景的设置和模拟分析及评估
2.7.1冬小麦喷灌模拟情景的设置
2.7.2农民净收益变化的估算思路
2.7.3在冬小麦生育期3种灌溉定额下灌溉方式的选择
2.7.4冬小麦喷灌模式的优化与评估及深层地下水压采量的估算
第3章参数敏感性分析与率定及验证的结果
3.1参数的敏感性
3.1.1土壤水分运动与盐分运移模块的参数
3.1.2作物（冬小麦）生长模块的参数
3.1.3作物（夏玉米）生长模块的参数
3.2试验站点尺度的参数率定与验证
3.2.1土壤水力参数
3.2.2土壤盐分运移参数
3.2.3冬小麦参数
3.2.4夏玉米参数
3.3区域尺度的模型验证
3.3.1作物产量
3.3.2农田蒸散量
3.3.3作物水分生产力
3.4小结
第4章限水灌溉情景的模拟分析与评估的结果
4.1限水灌溉情景模拟结果的分析
4.1.1作物产量
4.1.2作物生育期农田蒸散量
4.1.3作物水分生产力
4.1.4水量平衡
4.2灌水时间推荐结果的分析
4.2.1灌水3次
4.2.2灌水2次
4.2.3灌水1次
4.3基于模拟结果优化的灌溉模式
4.4优化的灌溉模式下的农田节水量及深层地下水压采量
4.5小结
第5章咸水灌溉情景的模拟分析与评估的结果
5.1咸水灌溉情景模拟结果的分析
5.1.1作物产量
5.1.2作物生育期农田蒸散量
5.1.3作物水分生产力
5.1.4水量平衡
5.1.5盐分的平衡和分布及淋洗
5.2适宜的咸水灌溉模式
5.3适宜的咸水灌溉模式与咸水资源的匹配性及对深层地下水的压采量
5.4小结
第6章喷灌情景的模拟分析与评估的结果
6.1喷灌情景模拟结果的分析
6.1.1作物产量
6.1.2作物生育期农田蒸散量
6.1.3作物水分生产力
6.1.4水量平衡
6.1.5农民净收益的变化
6.2选出的灌溉方式
6.3优化的喷灌模式及其对深层地下水的压采量
6.4小结
第7章结论与讨论
7.1主要结论
7.2讨论
7.2.1研究工作的特色
7.2.2研究工作的局限性
参考文献
附录
致谢