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华北平原是中国重要的粮食生产区，同时也是中国缺水最严重的地区之一。小麦和玉米是本区种植面积最广的两种作物，它们生长季中的蒸发和蒸腾总量约为850mm，相对于年均只有500mm的降雨量，需要大量的灌溉。由于上游修建水库及近年来径流量减少等原因，地表水资源日益匮乏，农业灌溉不得不依靠抽取地下水。华北平原农业用水量占总用水量的70％以上，绝大部分地下水都被用于农业灌溉，是本地区地下水水位持续下降的最大诱因，水资源的缺乏是本地区农业可持续发展的最大限制因素。农业节水被越来越多的人重视，但如何保持农业的可持续发展，延缓甚至停止地下水下降，将是一个巨大而且长期的挑战。
本研究围绕太行山山前平原水资源短缺，供需矛盾紧张的问题，利用DSSAT模拟了农业需水量，探讨了山前平原区农业用水的时空分布，并分析了在不同灌溉量的情况下小麦生育期ET变异规律。在分析研究区地质勘探、水文地质试验、以及各种长观动态资料的基础上，建立了水文地质概念模型，应用地下水三维模拟模型MODFLOW结合农业用水的计算结果，建立了农业用水一地下水的耦合模型。
主要研究内容及结果如下：
1、利用农作物模型DSSAT模型模拟了石家庄山前平原区1981-1998年在60mm、120mm、150mm、180mm、200mm、240mm以及300mm灌溉量条件下小麦生育期的ET变化，认为当有水分胁迫时小麦生育期ET随灌水量的增加呈线性增长，灌水量达到一定阈值后，ET增长量迅速下降。
2、利用DSSAT模拟了石家庄山前平原在小麦玉米无水分限制轮作模式下1981～1999年19年的农业需水量。模型计算结果显示石家庄山前平原区年均农业灌水量年内分布不均。一年中4、5月份为最高峰，6、7月份为小麦收获，玉米播种、出苗时期，农业需水量很小，同时这个时期降雨量充沛，几乎不需要灌水，说明此时的降雨量大于农业需水量，盈余部分的水量会补给地下水，冬季耗水主要是裸地蒸发，此时为一年的最低点。
3、在充分分析水文地质资料的基础上，耦合农业灌水量建立了含水层系统为单层的非均匀介质各项异性二维水流运动地下水模型，模型分为165行、185列边长500m，有效单元格共19064个。通过对研究区观测井的校正和验证，所建模型真实的反映了研究区内地下水含水层的实际情况，模型稳定，可靠，可以用来运算，预测，分析。
4、针对华北山前平原区到底需要节多少水才能停止地下水位下降的问题，提出了明确的目标为农业用水减少28.36％。研究认为石家庄山前平原区的地下水可持续开采量为13.2×108m3～14.2×108m3。
5、华北地区水资源不足，水土资源组合不佳，正日益成为限制本区农业生产潜力发展和制约作物正常生长的主要障碍因素。农业要节水，开源是一个方面，南水北调向华北地区供水，将会缓解和减少城乡与工农业供水矛盾，对发展农业生产有利。但是不能从根本上解决日益增长的农业需求，农业供水仍将得不到满足，所以解决农业用水供需矛盾不能完全立足于开源调水，作为用水大户，要解决农业用水问题，减少水资源的利用量，必须从农业自身出发，即解决该地区农业用水的根本途径是发展节水农业。通过分析作物蒸散发的原理，本文提出小麦、玉米最大节水潜力为38％，并利用耦合模型计算在最大节水潜力情况下的地下水动态，认为在不考虑农业种植结构和种植面积调整的情况下2067年可以恢复到最优水位。