Groundwater regime and calculation of yield response in North China Plain: a case study of Luancheng County in Hebei Province

The groundwater table has been declining at a rate of 0.65 m/yr in Luancheng County since large scale groundwater extraction carried out in the 1960s. The drop of precipitation, substantial increase in agricultural output, variations of crop planting structure and construction of water conservancy projects in the headwater area all tie up with the decline of the groundwater table. On the basis of analyzing the hydrogeological conditions and the water resources utilization of Luancheng County, a three-dimensional groundwater flow model was developed to simulate the county’s groundwater flow through finite-difference method using Visual Modflow software. We divide the research field into four parts after analyzing the hydrogeological condition. Based on parameter calibration and adjustment using measured data, the hydraulic conductivity and specific yield were simulated. Using the calibrated model, we analyze the agricultural water saving potentiality and its influence on the groundwater. The results are as follows: (1) if we decrease the amount of water extracted by 0.14×108 m3, the average groundwater table of the five observation wells in December will rise by 0.33 m; (2) if we decrease the water by 0.29× 108 m3, the average groundwater table of the five observation wells in December will rise by 0.64 m; and (3) if we increase the water by 0.29×108 m3, the average groundwater table of the five observation wells in December will decline by 0.45 m. So we can draw a conclusion that controlling the agricultural water use is an important way to prevent the decline of groundwater table.     

华北平原地下水动态及其对不同开采量响应的计算——以河北省栾城县为例

自从20世纪60年代大规模开采地下水以来,栾城县的地下水位以每年大约0.65 m的速度下降.降雨量的减少、农业产量的大幅度提高、种植结构的变化以及上游水利工程的修建,都与地下水位的下降有着密切联系.利用Visual Modflow软件,在分析该县水文地质条件与水资源利用的前提下,运用三维地下水流模型,通过有限差分方法对栾城县的地下水系统进行了模拟,结果表明:5个观测孔的地下水位计算值与实测值拟合程度很好,模拟出的地下水流场与实际情况基本一致.利用掌握的水文地质资料,进行参数分区,通过实测资料的校正、调参,模拟出各分区参数值.利用校正后的数学模型,对栾城县地下水对不同开采量的响应进行了计算,结果如下:在现状农业开采量1.01×108m3基础上分别减少14%(0.14×108m3)、29%(0.29×108m3)和增加29%(0.29×108m3)的情况下,到12月份5个观测孔的平均地下水位分别比现状地下水位上升了0.33 m,0.64 m和下降了0.45 m.     

华北平原浅层地下水水位动态变化

利用中日合作项目在华北平原设置的自动监测设备KADEC-MIZU Ⅱ型地下水水位自计仪,对2004-2006年39处浅层地下水水位监测的结果,结合区域影响地下水宏观动态类型的主要因素,如地形地貌、地下水埋深、地下水开采程度、地下水漏斗以及河流湖泊等,叠加各影响因素分区图得到地下水动态影响因素综合分区图,结合观测孔地下水水位体现的动态特征,将华北平原地下水观测点分为山前开采型、山前侧向补给-径流-开采型、中部河道带补给-开采型、中部地下水浅埋区降水入渗-蒸发型动态、黄河影响带侧向补给-蒸发型动态和滨海平原区入渗-蒸发型6大地下水动态类型。在此基础上阐明了大区域范围内不同类型地下水水位年内及多年动态变化的特点,比较了不同类型区地下水动态所受影响因素的不同。     

中国北方地区地下水资源的合理开发利用与保护

我国是世界上水资源严重短缺的国家之一,尤其在我国的华北和西北地区,水资源的短缺严重制约了该地区经济的可持续发展。在简要说明我国地下水资源数量、分布与特征的前提下,提出地下水资源开发利用与保护并重实现地下水资源可持续利用、改变农业结构实施节水灌溉是保障华北平原地下水可持续利用的根本、生态建设与地下水利用和保护并重等战略措施,确保地下水资源可持续利用。     

华北平原“杨上粮下”现象的驱动机制——以河北省文安县为例

以Landsat5TM遥感影像、农户调查数据和统计数据为基础数据,运用3S技术提取了案例区河北省文安县1995～2007年土地利用变化信息,分析了杨树扩张的时空格局;并从农户杨树种植决策行为视角,运用数理统计、投入产出法分析了杨树扩张占地的驱动因素。结论如下:(1)杨树林地扩张幅度大、速率快。(2)杨树扩张所用土地92.14%来源于耕地,"杨上粮下"现象突出。(3)杨树扩张速率的空间差异显著。杨树扩张受生产要素、土地产品市场及政策因素的综合驱动,其中劳动力因素和经济因素起主要作用。(4)非农从业人员比率和农民年人均收入越高,杨树扩张速度越快。在劳动力由富余转为相对稀缺的情况下,农户为提高经济收益,倾向选择耗工少,劳动生产率较大的杨树,是杨树扩张占地的根本原因。     

Groundwater recharge under irrigated agro-ecosystems in the North China Plain: From a critical zone perspective

Journal of Geographical Sciences - From a critical zone perspective, the present paper aims to present the magnitude of groundwater recharge under different agricultural land-use types, reveal the...     

京津以南河北平原地下水位下降驱动因子的定量评估

自1970年代以来,在自然因素和人为活动的交互影响下,京津以南河北平原地下水位持续下降并产生了一系列地质环境问题,严重影响了该区域社会经济的可持续发展。本文从降水、地表径流、气温等自然因素及地下水超采、水利工程修建、农作物产量水平提高、耗水型作物面积扩大等人为因素初步分析了京津以南河北平原地下水位下降的主要原因;通过建立投影寻踪回归模型,定量评价了各因素对地下水位下降的影响,确定了各影响因素对地下水位下降的相对贡献率。结果表明:地下水开采是引起地下水位下降的最主要因素,对地下水位下降的相对贡献率为54.7%,其中工业、农业、生活用水对地下水位下降的相对贡献率分别为6.6%、43.7%和4.4%;其次是降水和地表径流,其相对贡献率分别为25.6%和19.7%。     

土地利用对地下水位下降的影响--以河北平原为例

本文利用简化的水量平衡模型,模拟了河北平原1985-1995年多年平均降水入渗系数和含水层给水度,在此基础上计算出各用水部门和各种农作物平均每年引起的地下水位下降幅度。结果表明:农业用水是引起河北平原地下水位下降的主要因素,其次是工业用水和生活用水。小麦引起的地下水位下降幅度最大,谷子最小。生产单位产值的小麦消耗地下水量最大,引起的地下水位下降幅度也最大,生产单位产值的蔬菜消耗地下水量最小,引起的地下水位下降幅度也最小。实现河北平原地下水资源可持续利用,调整种植业结构当务之急。     

华北平原缺水盐渍区浅层地下水位动态分析

本文以国家农业科技攻关南皮试区为例,分析了华北缺水盐渍区地下水水位动态及其与降水量的关系,应用灰色系统理论的GM(1,1)预测方法,建立了地下水位动态的模拟、预测模型。结果表明,在目前供水、用水和水文地质条件下,未来地下水水位呈缓慢下降趋势,年均下降速度为0.12～0.14m/年。单靠平水年甚或丰水年降水难以维持地下水采补平衡,必须进行多年径流调节或跨流域调水,以丰补歉,互济余缺,并实施农田综合节水技术,防止区域水环境的恶化。     

华北一作区马铃薯生长发育及产量对干旱胁迫响应的模拟研究——以武川县为例

为探究不同程度干旱胁迫对华北一作区马铃薯生长发育及产量的影响,以内蒙古呼和浩特市武川县为例,基于多年马铃薯生长发育资料和气象资料,对APSIM-Potato模型进行调参与验证,评价模型在武川地区的适用性。利用验证后的模型模拟马铃薯叶面积指数（LAI）、地上部生物量和产量对不同发育阶段干旱胁迫的响应。结果表明：（1） 各发育阶段天数的模拟值与实测值的均方根误差（RMSE）均在3 d内;LAI、地上部生物量和产量的模拟值与实测值的归一化均方根误差（NRMSE）分别为12.82%、17.35%和14.48%,均低于20%,表明APSIM-Potato模型在武川地区具有较好的适用性。（2） 随着干旱胁迫时间和强度的增加,马铃薯LAI、地上部生物量和产量随之减小。模拟单一发育阶段干旱胁迫时,马铃薯LAI、地上部生物量和产量对分枝-开花期水分胁迫的响应最大;模拟连续发育阶段干旱胁迫时,LAI、地上部生物量和产量对全生育期水分胁迫的响应最大。     

华北平原地下水环境影响预测与评价研究

从长期利用角度,提出华北平原地下水资源数量,质量及时空变化特点与机理,运用环境学,系统论观点地下水的质（水质）－量（水量）－形（地面形态）统一起来。寻求地下水开采量（水位）与地下水水质,区域下降漏斗和地面沉降的关系,以此进行了华北地区地下水环境发展趋势的预测和评价研究。     

石羊河流域平原地下水位动态特征与监测网观测频率优化

在阐述石羊河流域平原地下水位动态特征的基础上,采用频谱分析方法对研究区的地下水水位进行周期分析,并开展了地下水动态监测网的观测频率优化。结果认为：昌宁盆地水位动态存在4个周期成分,民勤和武威盆地水位动态存在2个周期成分,水位动态主要以年动态和月动态为主,动态类型主要有入渗径流开采型、开采型和补给开采型3种。昌宁盆地的水位监测频率每月可为2次,民勤和武威盆地的每月可为3次。     

华北平原冬小麦—夏玉米轮作区DLM与CLM5模型模拟对比研究

作物生长与气候的互馈是当前气候变化研究的热点之一。陆面模型作为一项重要的研究工具,其模型框架、算法设计及参数化方案的不同会直接导致模拟结果的不确定性。为探究陆面模型DLM(dynamic land model)和CLM5(community land model)在作物生长及农田热通量模拟方面的差异及原因,评估2个模型在华北平原作物研究中的适用程度,论文开展了冬小麦—夏玉米轮作站点的模拟对比研究。结果显示,DLM的夏玉米叶面积指数和生态系统总初级生产力的模拟值更高,与观测值更为接近;CLM5模型则在冬小麦模拟中略优。DLM的潜热模拟值与观测值的相关性普遍更高,可能反映了DLM采用的彭曼公式、双叶策略比CLM5采用基于水势梯度质量守恒、大叶策略的潜热计算方法更具优势。对于产量,模型当前的估测能力并不理想。总的来说,在默认设定下,2个模型的模拟结果能基本反映研究区农田站点内夏玉米和冬小麦的生长规律,但与实测值存在一定偏差。模型在该区域的适用性可能需要通过添加农田管理措施、算法优化和参数本地化等方式进一步提高。     

Impacts of Land Fragmentation and Cropping System on the Productivity and Efficiency of Grain Producers in the North China Plain: Taking Cangxian County of Hebei Province as an Example

Land fragmentation is widely known to have an impact on farm performance. However, previous studies investigating this impact mainly focused on a single crop, and only limited data from China are available. This study considers multiple crops to identify the impact of land fragmentation (LF), as well as cropping system (CS), on farm productivity and the efficiency of grain producers in the North China Plain (NCP), using Cangxian County of Hebei Province as an example. Detailed household- and plot-level survey data are applied and four stochastic frontier and inefficiency models are developed. These models include different sets of key variables in either the production function or the inefficiency models, in order to investigate all possibilities of their influences on farm productivity and efficiency. The results show that LF plays a significant and detrimental role, affecting both productivity and efficiency. A positive effect is evident with respect to the CS variable, i.e., multiple cropping index (MCI), and the wheat-maize double CS, rather than the maize single CS, is usually associated with higher farm productivity and efficiency. In addition to LF and CS, four basic production input variables (labor, seed, pesticide and irrigation), also significantly affect farmers’ productivity, while the age of the household head and the ratio of the off-farm labor to total labor are significantly relevant to technical inefficiency. Policies geared toward the promotion of land transfer and the rational adjustment of cropping systems are recommended for boosting farm productivity and efficiency, and thus maintaining the food supply while mitigating the overexploitation of groundwater in the NCP.     

Practice of barren hilly land consolidation and its impact: A typical case study from Fuping County,Hebei Province of China

Journal of Geographical Sciences - Land is the root of rural revitalization, and its core is to reinvigorate land resources through the building up of land capacity. Since the late 1990s, land...     

基于CA模型的旅游小镇增长的时空模拟与应用——以河北三坡镇为例

旅游小镇增长的时空模拟是城镇化影响下的土地利用/覆盖变化研究的重要手段。近年来旅游小镇的城镇化以其旅游业发展带动城镇发展的独特模式引起国内外学者的高度关注。论文以元胞自动机模型为基础,运用旅游小镇旅游城镇化增长模型,对河北省三坡镇的旅游城镇化发展进行模拟与预测。模拟结果显示:①2005-2010年研究区城镇增长主要围绕现有镇区范围扩展,全域年均增速为0.015 km²/年;②2010-2015年主要城镇增长区位于镇内距离景区较近的苟各庄村附近,全域年均增速为0.040 km²/年,其他区域则保持相对较为平稳的状态。研究表明元胞自动机模型在模拟旅游小镇演化具有较高的可靠性,为研究城镇化条件下区域生态景观格局变化提供前提保证,对于提高土地资源利用效率,保障小镇健康有序发展具有十分重要的意义。     

不确定性条件下的下辽河平原地下水脆弱性评价及空间分布软区划

建立地下水脆弱性评价的DRASTICH模型,辨析各个参数的不确定性特征,采用随机模拟方法同时对随机性参数和模糊性参数模拟赋值。分别对模糊性参数和脆弱性指数统计值设立具有概率分布意义的置信水平和百分位,得到多重地下水脆弱性的指数区间,在此基础上,分别绘制地下水脆弱性的保守分布图和冒险分布图,并对研究区地下水脆弱性分布状况进行分析。结果表明：① 以模糊区间形式表示的地下水脆弱性评价结果,能反映多种不确定因素综合影响下的地下水脆弱性客观实际情况,可提供更多可靠性方面的信息;② 以软区划方式制作地下水脆弱性分布图,保留了不确定性客观存在的事实,可给予决策者更多参考信息和调整余地;③ 地下水脆弱性软区划分布图显示：保守分布的脆弱性程度总体要高于冒险分布,置信水平选择越高,冒险分布与保守分布的空间分布差异越接近,且与最大可能性分布情况越接近;④ 研究区地下水脆弱性分布具有明显的空间集聚现象,地下水高脆弱性区域主要集聚在下辽河平原中部和南部地区,低脆弱性区域一般分布在下辽河平原东、西两侧地区。     

深度贫困地区乡村地域系统演化研究——以河北省阳原县为例

在中国快速城镇化与工业化影响下,广大乡村地区尤其是深度贫困地区面临的“乡村病”问题凸显,影响到乡村可持续发展进程,亟需重视乡村振兴。科学把握乡村地域系统的演化过程与格局特征,提出乡村振兴的方向与适宜路径,对促进乡村可持续发展具有重要意义。论文以河北省阳原县为例,从土地利用变化视角探究了深度贫困地区乡村中心集聚性与成长性,揭示了乡村地域系统的演化过程与格局。研究发现：① 伴随着耕地面积的不断减少,乡村建设用地扩张强度明显高于乡镇政府驻地与县城地区的建设用地扩张强度;② 生产要素在城、镇、村间不均衡集聚的特征明显,导致县城邻近地区、乡镇政府所在地、偏远乡村地区的中心集聚性依次降低;③ 受区位、交通、自然环境等因素的影响,县城邻近地区、区位较好的乡镇以及交通干线附近地区更易于集聚生产要素,成为乡村成长性的高值区;④ 深度贫困地区乡村常住人口持续减少,“人减地增”的乡村空心化问题严峻。文章强调应大力发展县域经济,强化城乡联系,提升县城对乡村的辐射带动作用,并积极推进村镇化发展,开展空心村土地综合整治,培育乡村社会资本,激发乡村发展的内生动力。     

太行山区牛叫河小流域土地可持续利用模式探讨

太行山区小流域综合开发治理是促进山区生态建设和保障山前平原城市密集带发展的重大课题。科学划分小流域土地利用功能区,进而形成合理的土地利用模式是推进太行山区小流域开发治理的关键举措。本文以位于太行山东坡的牛叫河小流域为例,界定了生态功能区划的基本程序,建立了包括恒定和波动两类指标的区划指标体系,提出了以模糊聚类为主体的区划方法。将牛叫河小流域划分为分水岭区、沟坡区和沟道区三种土地利用功能类型,相应的土地利用模式为:分水岭区地形平缓,通过改良土壤,可开展农作物种植,统筹安排农林牧业生产;沟坡区地形坡度较大、土地贫瘠,水土流失严重,宜以林为主,并需采取综合保持性措施;沟道区土地平坦,应突破单纯的种植业模式,以获得更高的经济和社会效益。     

经济欠发达地区县域发展模式与战略--以河南省兰考县为例

经济欠发达地区的区域发展模式与城市化推进问题历来是区域研究中的一个难点。本文以河南省兰考县为例,首先结合新区域形象的建设探讨了欠发达地区以县城为主导的县域发展模式;继而,基于大量的实地调查,提炼出欠发达地区县域乡村发展的若干模式:多元化产业联动发展模式,能人富户带动发展模式,政府协调引导发展模式;最后,对包括新形象、品牌、独特的城市化等在内的欠发达地区的区域发展战略及若干政策措施进行了探讨。