论文标题：Evolution Trend of Depth to Groundwater and Agricultural Water-Saving Measure Threshold under Its Constraints: A Case Study in Helan Irrigated Areas, Northwest China

论文链接：https://doi.org/10.3390/w16020220

期刊名：Water

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/water

节水对于缓解水资源短缺、促进节水型社会建设至关重要。合理的节水措施应考虑适宜的地下水位及其演变趋势。基于此，中国水利水电科学研究院王浩院士团队在Water 期刊了发表文章，旨在通过采用基于地下水数值模拟的趋势分析与情景分析相结合的方法确定农业节水措施阈值。

文章导读

地下水是干旱半干旱地区农业灌溉的核心水源，但其过度开采与节水措施的实施常导致埋深持续增加，造成空间上分布差异加大，引发土壤盐渍化、荒漠化等生态风险。如何在保障粮食安全的同时维持地下水埋深于合理阈值内，成为水资源可持续管理的关键挑战。该文章以宁夏贺兰灌区为案例，系统探讨地下水埋深演变规律与农业节水措施的约束阈值。结果表明：11个观测井可划分为4类区域，对应各区的地下水埋深呈现：近黄河区埋深稳定，而城市周边区因人为开采呈现显著下降趋势；最优节水方案 (Z11) 将渠道水利用系数设为0.62，黄灌区与扬黄灌区高效节水面积占比分别提升至40%与90%，水稻种植面积缩减75%，可使生态水位控制面积增加7.38%，缺水率降至3.66%。该研究揭示了节水措施的区域差异性响应，为协调农业节水与生态安全提供了量化依据，对优化干旱灌区水资源管理策略具有重要参考价值。

研究过程及结果

作者以中国西北宁夏贺兰灌溉区为研究对象，分析1995—2018年地下水埋深 (DTG) 的时空演变趋势，探讨农业节水措施实施的阈值，以平衡节水效益与生态安全。

图形摘要。

方法框架

本研究构建了方法框架并确定关键参数。首先，运用k-Shape聚类算法对11口观测井的DTG时间序列数据聚类，结合CEEMDAN方法分解DTG变化趋势。其次，基于MODFLOW建立地下水数值模型，模拟12种节水情景对地下水埋深的影响。最后，以生态地下水位控制面积 (CAEGTD) 和缺水率 (WSR) 为优化标准，确定节水措施最优阈值。关键参数包括生态地下水位阈值 (EGTD)，如作物生长期 (5-8月) 为1.2-1.8米，以及涵盖工程与非工程措施的节水情景设计。

图1. 方法流程图。

DTG时空分异特征

观测井被划分为4类区域，其中聚类1 (近黄河区) 的DTG长期稳定；聚类2 (银川城区邻近区) 在2003年后DTG快速上升；聚类3 (灌区中部) 在2003年后DTG缓慢上升；聚类4 (灌区西北部) 在1995—2003年DTG缓慢下降，之后转为上升。此外，灌溉活动对DTG年际波动影响显著，5-8月灌溉期地下水埋深最浅。

图2. 4类观测井空间分布及埋深演变特征。

最优节水方案

Z11情景综合效果最佳，其渠道水利用系数为0.62，黄河灌区高效灌溉面积占比40%，扬黄灌区占比90%，水稻种植面积减少75%。实施该方案后，CAEGTD均值达203.17 km²，较基准年提升了7.38%，缺水率降至3.66%。

图3. 地下水实际流场与模拟流场的对比。(a) 2018年2月；(b) 2018年8月。

节水措施优先级

渠道衬砌对DTG的影响最大，其次是种植结构调整；而高效灌溉技术对CAEGTD提升有限，但可有效降低缺水率。

图4. 节水情景方案中单一措施变化引起的CAEGTD。

研究展望

未来的研究展望将聚焦于多个关键方向。首先，针对不同聚类区 (如近黄河区与城区邻近区) 的DTG驱动因素 (如黄河水位、城市地下水开采)，制定更精细的节水阈值，以实现区域差异化策略。其次，将气候变化、土地利用变化以及精细地表水分配等动态因素纳入多因素耦合分析，可增强模型预测的全面性，夯实节水阈值。此外，进一步针对种植结构对应的水资源分配，系统研究节水措施对作物产量、土壤水盐分等生态的长期影响，以实现水资源高效利用与农业可持续发展的双赢，推动生态-经济协同优化。

研究总结

本研究通过融合时间序列分析与地下水数值模拟，提出了贺兰灌区农业节水措施的阈值框架，明确了渠道水利用系数、高效灌溉面积比例和种植结构调整的最优参数。研究结果表明，节水措施需兼顾地下水埋深的生态约束，避免过度节水引发土壤退化。该成果为西北干旱区水资源管理提供了科学依据，有助于推动节水型社会建设与生态安全保障的协同发展。

Water 期刊介绍

主编：Dr. Jean-Luc PROBST, University of Toulouse, France

期刊涵盖所有水资源领域相关的科学技术，主要包括全球和区域水循环的可持续管理，水资源及其与粮食、能源、生物多样性、生态系统功能和人类健康的互联。期刊鼓励领域内研究人员发表实验、理论、建模和大数据等相关研究成果。