当前世界环境gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

大约67%的灌溉用水通过径流和蒸发用于作物。蒸发量是灌溉效率的重要组成部分，但一直未引起重视。一般来说，农业灌溉用水是根据农民的经验施用的。因此，在任何灌溉项目或计划的制定中都应纳入蒸发成分。植物通过蒸发和蒸腾过程失去水分。蒸散作用:水通过土壤和其他表面的蒸发以及植物的蒸腾作用从陆地转移到大气的过程。潜在蒸散作用是指如果有足够的水源，可能发生的蒸发量的速率。gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba

气候变化对地下水的影响是我国长期以来讨论的一个问题。然而，早期和初步的研究表明，印度地下水优化的碳足迹有很大的减少空间。对于像哈里亚纳邦和安得拉邦这样的地区，已经开发了定量模型来评估抽水对温室气体排放的边际影响。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba研究的一些主要发现是:(a)哈里亚纳邦抽水水位每米下降4.37%，安得拉邦每米下降6%。(b)地下水灌溉面积的温室气体排放弹性百分比为2.2%，到20世纪90年代，这两个邦的地下水灌溉面积以每年3%的速度增长。导致温室气体排放量每年增加6.6%。(c)柴油泵的份额每增加1%，温室气体排放量减少0.3%。(d)与灌溉效率有关的温室气体排放弹性在2.1时最大;我国水泵灌溉经济碳足迹的主要决定因素是农民汲水水头的变化或波动。扬程越多，能源消耗越多，深管井电气化泵用于地下水开采的可能性越大，碳足迹成倍增加。我国近四十年来一直是利用地表水和重力流灌溉作物。通过小型和私人管井成员进行灌溉的能源消耗有下降也有上升。gydF4y2Ba

利用电力和柴油从地下水中抽取的碳排放量为1600 - 2500万吨，占全国总排放量的4- 6%。从气候变化的角度来看，印度的地下水热点是西部和半岛地区。这些对于减缓和适应气候变化更为关键。为了实现这两个目标，需要从地表水储存过渡到“有管理的地下水储存”，作为具有生产需求和供应管理的用水战略的指标。为此，必须考虑向澳大利亚和美国等在管理地下水补给方面有长期经验的国家学习。gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba

通过以上讨论可以得出结论，地下水资源管理对温室气体减排和减缓气候变化具有重要影响。如果含水层中的地下水在较浅的深度可用，则可以以较低的成本利用它，因此最终将减少温室气体排放。gydF4y2Ba

评价气候变化对地下水补给的影响，有助于制定流域未来的地下水开发规划和管理规划。这对农业和其他资源规划也有帮助。还可以判断种植模式所需的移位。可以实现数量预测，以帮助针对自然资源管理的管理和政策行动。在以上分析的基础上，有针对性地进行了地下水补给估算和气候变化对地下水补给的影响评价。gydF4y2Ba

材料与方法gydF4y2Ba

分析区域gydF4y2Ba

Shetrunji河流域位于古吉拉特邦的Saurashtra地区，位于北纬21°00′至21°47′和东经70°50′至72°10′之间。地下水是农业灌溉的主要水源。分析区位置图如图1所示。gydF4y2Ba

数据收集gydF4y2Ba

印度、古吉拉特邦和流域地图、Shetrunji盆地地籍图、LISS IV传感器IRS P6卫星图像和Awifs数字数据在甘地纳格尔BISAG收集。日降雨量数据记录(1961-2010年)收集自甘地那格尔的国家水数据中心，日径流数据收集自朱纳加德的灌溉部门。根据FAO-56的Penman-Monteinth法估算日参考蒸散所需的1965-2010年气候数据记录收集自JAU农业气象台，JAU, JunagadhgydF4y2Ba^4gydF4y2Ba。从艾哈迈达巴德的中央地下水委员会收集了研究区不同水位站在季风前后的地下水位数据记录(1985-2010)。gydF4y2Ba

地下水的估算采用了Krishna Rao(1970)针对硬岩石区提出的经验方法5。雨量补给(Rg, mm) =补给系数(K)(降水量(P, mm) -帝国系数(X))…(1)Rg = 0.25(P-400);年降雨量为60- 100厘米。Rg = 0.35(P-600);年降雨量大于200厘米的地区。gydF4y2Ba

式中，Rg =降雨补给量(mm)， P =降水量(mm)， K =补给量系数，X =帝国系数。以下关系适用于卡纳塔克邦不同地区的硬岩区。gydF4y2Ba

地下水位波动法gydF4y2Ba

该方法的假设是，井中测量到的水位高度的上升是由于在水位的横向上增加了补给。利用水位变化法估算了以下关系的补给量:gydF4y2Ba

图1:舍特伦吉河流域位置图gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

RgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba=年代gydF4y2Ba_ygydF4y2BaX Δl X a (2)gydF4y2Ba

在那里,RgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba=雨量补给量(mm)， SgydF4y2Ba_YgydF4y2Ba=比产量，无量纲，†L =地下水位差(m)， A =流域净地理面积(m)gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

水平衡法gydF4y2Ba

将这些估计值代入水量平衡方程，得到降雨补给。gydF4y2Ba

VgydF4y2Ba_rrfgydF4y2Ba= (VgydF4y2Ba_{sms1gydF4y2Ba}- - - - - - VgydF4y2Ba_{短信gydF4y2Ba}) + vgydF4y2Ba_{射频gydF4y2Ba}- - - - - - VgydF4y2Ba_{罗依gydF4y2Ba}- - - - - - VgydF4y2Ba_{《禁止化学武器公约》gydF4y2Ba}- - - - - - VgydF4y2Ba_segydF4y2Ba- - - - - - VgydF4y2Ba_gwdgydF4y2Ba+ VgydF4y2Ba_{钢筋混凝土gydF4y2Ba}+ VgydF4y2Ba_rfigydF4y2Ba+ VgydF4y2Ba_rtgydF4y2Ba+ VgydF4y2Ba_rrgydF4y2Ba+ (VgydF4y2Ba_{搞笑gydF4y2Ba}- vgydF4y2Ba_噩gydF4y2Ba) (3)gydF4y2Ba

在那里,VgydF4y2Ba_rrgydF4y2Ba=降雨回灌量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{射频gydF4y2Ba}=降雨量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{sms1gydF4y2Ba}=生育期开始时土壤蓄湿量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{钢筋混凝土gydF4y2Ba}=管道回灌量(ha-m)， VgydF4y2Ba_rfigydF4y2Ba=农田灌溉回灌量(ha-m)， VgydF4y2Ba_rtgydF4y2Ba=罐内补给量(ha-m)， VgydF4y2Ba_rrgydF4y2Ba=河流回灌量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{搞笑gydF4y2Ba}=其他流域入水量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{罗依gydF4y2Ba}=径流量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{《禁止化学武器公约》gydF4y2Ba}=作物耗水量(ha-m)， VgydF4y2Ba_segydF4y2Ba=未垦区土壤水分流失量(ha-m)， VgydF4y2Ba_噩gydF4y2Ba=向其他流域的流出量(ha-m)， VgydF4y2Ba_gwdgydF4y2Ba=地下水抽水量(ha-m)， VgydF4y2Ba_{短信gydF4y2Ba}=周期结束时灵魂水分储存量(ha-m)。分别估算了舍特伦吉河流域各流域的水平衡分量。gydF4y2Ba

气候变化影响评估gydF4y2Ba

采用Mann-Kendall(1975)和Sen’s(1968)提出的方法分析各流域和流域的时间序列数据，并与最佳拟合趋势线进行比较，评估气候变化对不同方法估算的降水、径流和地下水补给的影响。gydF4y2Ba^{6、7gydF4y2Ba}

结果与讨论gydF4y2Ba

利用遥感和GIS技术编制了舍特伦吉河流域的流域图，流域最大流阶为7。利用GIS软件确定各流域面积。整个盆地由17个流域组成，分别命名为5G2B2a、5G2B2b、5G2B2c、5G2B3a、5G2B3b、5G2B3c、5G2B4a、5G2B4b、5G2B4c、5G2B5a、5G2B5b、5G2B5c、5G2B5d、5G2B6a、5G2B6b、5G2B6c和5G2B6d。在流域图上标注了雨量测量站和地下水位测量站的位置(图2和图3)。gydF4y2Ba

图2:Rain的位置地图gydF4y2Ba 舍特伦吉盆地测量站gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

图3:地下水位置图gydF4y2Ba 舍特伦吉盆地水准站gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

图4:气候变化对季风的影响gydF4y2Ba 舍特伦吉流域的降雨和径流。gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

地下水不同补给方式的比较gydF4y2Ba

最低地下水补给引起的水平衡，克里希纳拉奥方法gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba1987年、1987年和2002年的水位波动分别为5.9 mm、0 mm和4.6 mm。同样，根据水平衡、Krishna Rao方法，2005年地下水补给最高为473.2 mm, 2007年为151.7 mm, 2007年为85.8 mmgydF4y2Ba^5gydF4y2Ba和水位涨落法。可以看出，水平衡补给方式与其他补给方式的地下水补给存在较大差异。然而，克里希纳·拉奥方法在地下水补给中发现了密切的相似性gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba和水位涨落法。gydF4y2Ba

对当地农户的调查表明，近5年来，该流域约50%的地理面积冬季可采用地下水灌溉，10% ~ 20%的地理面积夏季可采用地下水灌溉。冬季和夏季施水深度分别为45 ~ 50 cm和50 ~ 60 cm。考虑冬夏两季灌溉作物面积和灌溉深度，地下水平衡估算的地下水补给量似乎更可靠。地下水位波动对地下水补给的影响可能被低估。其原因是缺乏整个盆地的空间含水层性质资料。基于地下水位波动的地下水补给估算方法由于比产量(S)值的不确定性，容易存在较大的不确定性gydF4y2Ba_ygydF4y2Ba）.gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba

根据水平衡法和克里希纳·拉奥法，地下水回灌量分别为3.11% ~ 49.28%和0% ~ 15.34%gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba水位波动法0.72% ~ 14.62%。利用1998-2005年季风前和季风后水位波动数据发现，地下水更新占降雨量的8%至15%，这不足以保证盆地地下水资源的可持续性。gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba利用地下水位涨落法，发现降雨和灌区对地下水的补给贡献速率为0.502 mm dgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba^10gydF4y2Ba仅降雨对地下水的补给就占总降雨量的20%左右，为0.225 mm dgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。利用地下水位波动法对印度北方邦1381 ha流域的地下水收支进行量化，预测地下水年净补给量为2.058 MCM。gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba据报道，利用水量平衡模型，马哈拉施特拉邦Akola地区Shivar流域267公顷流域的地下水补给量为降雨量的11.70%。gydF4y2Ba^12gydF4y2Ba利用水位变化法估算出的索拉什特拉邦梅加尔河流域地下水更新量为13520 ha-m，年降雨量为40年。gydF4y2Ba^13gydF4y2Ba然而，在上述所有研究中，地下水补给的不同方法都没有进行比较。gydF4y2Ba

气候变化影响评估gydF4y2Ba

降雨和径流是对地下水补给影响最大的两个水平衡成分。因此，评估了气候变化对降雨、径流和地下水补给的影响。利用SCS-CN技术估算了流域各流域1961-2010年的日径流量。得到盆地的CN为74。季风径流是将季风期(6 - 9月)的日径流量相加得到的。gydF4y2Ba

季风雨量及径流gydF4y2Ba

利用流域各流域降水和径流的面积加权值分别计算了整个流域的季节雨深和径流时间序列。降雨时间序列数据的变异系数为34.6%，径流时间序列数据的变异系数为54.2%。径流的变异系数比降雨的变异系数高，表明径流在季风期受到降雨量及其时间分布的不确定性的影响。Mann-Kendall统计表明，舍特伦吉河流域降水呈明显增加趋势。最佳拟合趋势线(图4)的斜率与Sen方法估计的斜率非常吻合。径流数据序列的Mann-Kendall统计表明，径流在5%的水平上显著增加。气候变化的影响将使整个流域的径流量以每10年17.7毫米的速度增加。这一结果得到了一些研究结果的支持，这些研究结果表明，在干旱的印度西北部的鲁尼河流域，降雨量呈线性增加趋势。gydF4y2Ba^14gydF4y2BaJunagadh站年降水量的5年移动平均资料序列也有增加的趋势。gydF4y2Ba^15gydF4y2Ba根据ECHAM4模式，预计印度季风期间的降雨量将增加13%。gydF4y2Ba^16gydF4y2Ba特别是西高止山脉，由于气候变化，总降水量可能会增加5-10%。gydF4y2Ba^17gydF4y2Ba近年来，印度西海岸、北安得拉邦和西北地区的季节性降水呈增加趋势，而东中央邦、奥里萨邦和东北地区的季节性降水呈减少趋势，这预示着印度地区在季风季节由于温室气体吸收的增加而导致降水加剧。gydF4y2Ba^{18、19gydF4y2Ba}该研究对日降水数据集进行了检查，并确定了1951年至2000年印度中部强降水事件发生的增加趋势和中等降水事件发生频率的显著下降。gydF4y2Ba^20.gydF4y2Ba极湿雨季的增加也可能意味着径流的增加。gydF4y2Ba^21gydF4y2Ba与1900-1970年相比，2041-60年期间，印度大部分地区的年径流量可能会增加5%至20%。gydF4y2Ba^22gydF4y2Ba然而，根据1872-2005年期间的降水数据，印度北部(旁遮普邦、哈里亚纳邦、西拉贾斯坦邦和索拉什特拉邦除外)的降雨量呈减少趋势，而印度南部则呈增加趋势。gydF4y2Ba^23gydF4y2Ba然而，印度主要流域的125个站点1901- 1980年的降水资料序列没有发现明显的趋势。gydF4y2Ba^24gydF4y2Ba伊朗降雨趋势分析结果表明，研究区不存在气候变化的证据。gydF4y2Ba^25gydF4y2Ba在印度，通过一些调查人员的调查显示，在上个世纪，降雨量在整个印度都是微不足道的gydF4y2Ba^{26日,27日28、29、30gydF4y2Ba}在区域基础上也很重要。gydF4y2Ba^{31日,18日,32岁的33gydF4y2Ba}气候变化对降雨的影响似乎在印度不同地区、不同季节不尽相同。gydF4y2Ba

地下水补给gydF4y2Ba

利用水平衡法补给地下水gydF4y2Ba

利用流域17个流域的地下水补给资料，采用面积加权法对流域的地下水补给量进行评价。整个流域地下水补给量均值为170.5 mm，中位数为143.3 mm。Mann-Kendall统计表明，整个流域的地下水补给量显著增加。然而，Sen 's斜率统计表明，该流域地下水补给量明显增加。最佳拟合趋势线(图5)也呈现上升趋势。因此，气候变化可能会对水平衡法补给地下水产生很大影响。gydF4y2Ba

克里希纳·拉奥(1970)地下水补给方法gydF4y2Ba

整个流域地下水补给的平均值为41.5 mm，中位数为29 mm。MannKendall和Sen的坡度统计表明，整个流域的地下水补给量显著增加。最佳拟合趋势线(图6)也呈现上升趋势。由于气候变化，流域地下水补给将以每10年8.86毫米的速度增加。gydF4y2Ba

图5:气候变化对地下水的影响gydF4y2Ba 利用水平衡法对舍特伦吉盆地进行补给。gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

图6:气候变化对地下水补给的影响gydF4y2Ba Krishna Rao(1970)的方法在Shetrunji盆地。gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

图7:气候变化对地下水补给的影响gydF4y2Ba 利用水位涨落法对舍特伦吉盆地进行了研究。gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

利用水位波动法补给地下水gydF4y2Ba

整个流域地下水补给的平均值为46.4 mm，中位数为49.3 mm。MannKendall统计表明，地下水补给在5%的水平上显著增加。Sen 's斜率统计也显示其在5%的水平上显著增加。最佳拟合趋势线(图7)也呈现上升趋势。由于气候变化，整个流域的地下水补给将以每10年13.01毫米的速度增加。然而，据估计，格勒诺布尔(法国)附近含水层的地下水位将下降多达4米，这在未来创造了不可行的灌溉农业实践。在比利时的白垩含水层中，地下水水位高达7米的下降分析了未来的气候环境35,36。对于英国，特别是在南部地区，尽管冬季降雨量增加，但地下水补给预计会减少。在2003年异常炎热和干旱的夏季，瑞士的地下水位在9个月内下降了5米以上。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

季风季节性补给被发现为零或可以忽略不计，直到季节性降雨量不足400毫米。气候变化对降雨的影响有利于6个流域的降雨量显著增加，17个流域中有5个流域的径流量显著增加。受气候变化的影响，整个舍特伦吉河流域季风径流面积平均深度明显增加。水平衡法预测的地下水补给量与其他两种方法的预测值相差很大。其原因是日常水平衡分量的计算。此外，也没有观测到的来自采收结构/水库和河流的补给数据。利用水位变化法估算地下水补给时，各流域的含水层性质和地下水位波动数据并不充分。因此，建议在此类研究中使用SWAT和MODFLOW等模型估算地下水平衡分量。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

感谢布巴内斯瓦尔水资源管理局在NICRA项目下的财政支持。gydF4y2Ba

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