Page 53 - 2023年第54卷第12期

２ 干旱区绿洲农业节水的水循环转化机理

２．１ 干旱区灌溉绿洲水循环特征 在人类水土资源开发利用影响下，干旱区灌溉绿洲普遍形成了天然
水循环与引水－ 输水－ 用水－ 耗水－ 排水人工循环过程交织融合的耗散 － 汇合水循环结构，且在水平方向
和垂直方向均表现出这一特征：①在水平方向，从水源地（一点或多点）经多级灌溉渠系（线）散布到
整个灌区（面），并在末级渠系及农田上被作物利用和消耗，多余的水量再经排水沟道逐级汇合，形成
了灌溉绿洲典型的水循环耗散－ 汇合结构网（如图 １（ａ）（ｂ）所示），这一特征在地表水灌区尤为显著。
②在垂直方向，地下水通过各类开采井（点）输出，通过渠系、管道（线）散布至各用水主体（面），未
消耗的水量通过管网汇集至地表水体或经土壤渗漏回归到地下含水层，并通过地下水流通道进行汇
合，构成垂向上的耗散－ 汇合结构网（如图 １（ｃ）（ｄ）所示），这一特征在地下水灌区或井渠结合灌区均
有体现。灌区水循环的耗散－ 汇合结构加速了地表和地下径流的转化速度，形成了干旱灌溉绿洲独特
的水循环转化规律。

图 １ 干旱灌溉绿洲水循环耗散－ 汇合结构示意图
２．２ 农业灌溉用水循环转化与消耗机制 绿洲灌溉水分以渠系、农田为中心通过地表、地下两个通道
逐步扩散至农田之外的林地、草地、河湖湿地等区域，从而构成整个干旱绿洲的水分循环体系，如图
２所示，可以清晰看出灌溉水分的循环转化环节以及消耗过程。其中，引水、用水、耗水、排水是农
业灌溉用水研究关注的主要环节。
（ １）灌溉水分的三条关键循环转化过程。其一，在农田灌溉系统，水分从河湖水库等水源地经灌
溉渠系逐级输送到整个灌区田间被作物吸收利用，未消耗的水量再通过排水沟道汇合到下游河道或湖
泊，即很容易被观察到灌溉水分的水平耗散 － 汇合过程。其二，在地下水埋深较浅的区域，地表水与
地下水频繁交互转化，灌溉水通过入渗补给地下，地下水则通过潜水蒸发等方式成为农田作物生长水
分的重要补充；在埋深较大的区域，该过程仍然存在，但转化路径及强度均显著弱化。其三，在农田
灌溉系统之外，通过渠系入渗、农田灌溉入渗、农田排水直补等方式为农田之外的林地、草地等非农
田系统提供稳定的供给水源，其中地下水系统是调节该水分循环转化的核心。
（ ２）灌溉水分的生产与生态消耗机制。灌溉水的消耗主要通过植物蒸腾、土壤蒸发及水面蒸发三
个途径，按照消耗的主体可分为农业生产耗水和灌区生态耗水两部分。其中，用于农业生产耗水包括
作物蒸腾、农田及灌溉渠系的水面蒸发与土壤蒸发、排水沟道的水面蒸发；灌区生态耗水包括耕地之
外的林地、草地、河湖水域、居工地、未利用地上的植被蒸腾、土壤蒸发和水面蒸发。

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