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内蒙古河套灌区(以下简称河套灌区或灌区)是我国三个特大型灌区之一，地处黄河流域上游末端，是黄河大拐弯后冲积而成的国内最大的自流引黄灌区。河套灌区降雨量稀少，大部分地区多年平均降雨量少于250mm，农业生产完全依赖于灌溉，是没有灌溉就没有农业的干旱地区。河套灌区面临潜在的土壤次生盐碱化、荒漠化，湿地退化，化肥、农药污染等系列生态、环境问题。同时，根据有关法律，河套灌区引黄水量从二十世纪90年代平均年引水量50×108m3减少到一般水平年40×108m3的水平。揭示灌区灌溉农业影响下的水循环特征，探讨灌区土地利用变化、节水工程措施等对水循环过程的影响，对于灌区水资源管理水平，应对变化的水资源条件，提高水资源的经济环境效益，具有重要的意义。
本文结合国家自然科学基金“中国西部环境与生态科学”计划重点项目“内蒙古河套灌区浅层地下水动态变化的生态环境效应研究”，以项目开发的分布式生态水文学模拟系统SWATMOD.2K4为工具，分析灌区土地利用变化特征，构建河套灌区分布式水文模型，探讨灌区不同土地利用、引黄水量、种植结构调整、渠系改造等情景下的作物生产和水文循环响应，取得如下进展。
从1986年至2000年，灌区土地利用结构发生了一定的变化，主要表现为耕地、牧草地减少，荒草地、盐碱地增加；灌区土地利用年均变化速度为0.44％，以盐碱地的变化速度最快。具体到各个旗县市，不同土地利用类型的相对变化率不一致，以临河市和乌拉特前旗土地利用变化总体上比较突出。土地利用转移矩阵分析表明，土地利用变化过程主要表现为耕地向荒草地和盐碱地转变，牧草地向荒草地转变，呈现明显的土地退化特征。由于人类活动的强烈干预，灌区在15年内景观呈破碎化趋势，斑块类型趋于离散，斑块形状的不规则程度加大。各旗县市的景观变化各具特点，以临河市与乌拉特前旗的变化最为活跃，与土地利用变化区域差异的分析结果是一致的。
应用SWATMOD.2K4模型的水文学模拟功能，进行了灌区的水文学过程模拟研究。结合灌区渠系分布特点及水资源利用状况，将灌区划分了11个子流域。应用1986年、2000年土地利用数据，1991-2000年间的数据系列对模型进行参数率定，1980-1990的数据系列对模型进行了验证，结果表明选取的参数是可以接受的。
从灌区的土壤水平衡结果来看，降水、灌溉、潜水蒸发是土壤水的主要输入项，蒸散发是土壤的主要输出项，表明灌区入渗-蒸发的水文特征。从地下水平衡模拟结果来看，在两种土地利用状况下，作为灌区水文系统输出项的基流都是地下水排泄的主要方式，表明灌区地表水-地下水联合运用具有很好的前景。
根据灌区的渠系节水改造规划、引黄水量变化情况，以及土地资源状况，建立了10个水土资源利用的情景。情景模拟结果表明，在现状引水条件下，尚能维持更多的灌溉面积，如67×104 ha、80×104 ha，且作物产量没有大幅度下降。内蒙古自治区水利水电勘测设计院(2000)提出的种植结构调整方案具有节水效果，作物实际需水量减少，而且产量及作物水分利用效率没有大幅度下降。引黄水量减少到45、40×108m3的情景模拟结果中，产量没有大幅度下降，基流量年均值在30×108m3以上，表明引黄水量的限定指标40×108m3能够维持灌区的作物生产，且可以适当开采利用地下水。但35×108m3的引水条件使作物产量有较大幅度下降，由此产生的水文环境变化需要进一步讨论。
种植结构调整方案的节水效应远大于提高渠系水利用系数。在渠系水利用系数提高的情景下，灌区水量平衡产生了很大变化，尤其是地下水，表明渠系工程的渗漏补给对灌区地下水具有重要意义。就灌区目前状况来说，应当首先考虑种植结构调整这一节水措施，对于渠系衬砌、提高渠系水利用系数的节水效果，有待于进一步讨论。对于地下水资源，应当适当加大开采力度，利用井渠结合的形式开发利用这部分水资源。在现状的种植结构、引水条件下，灌区尚能维持更多的灌溉面积，可以适当加大土地资源开发力度。但在引水量减少、种植结构调整的条件下，土地资源开发的适宜性需要进一步探讨。