基于绿洲稳定性的张掖盆地适宜灌溉规模阈值研究

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00191

摘要/Abstract

摘要：

张掖盆地作为干旱区典型灌溉绿洲，其稳定性与适宜灌溉规模对区域生态安全至关重要。本研究基于2000—2020年多源下垫面资料、水文气象数据及社会经济数据，采用修正水热平衡模型与多情景分析，定量评估张掖盆地绿洲稳定性并优化灌溉规模。结果表明：（1）研究期间张掖绿洲面积扩张452.8 km²，土地利用类型转化以未利用地向耕地和建设用地的转化为主；（2）修正的绿洲稳定性评价模型较传统模型考虑了植被实际蒸散耗水，评价结果更符合实际，张掖绿洲总体处于亚稳定至稳定状态（0.736），现状灌溉规模远超绿洲适宜灌溉规模，超载面积虽持续缩减，但用水压力依然突出；（3）多情景设置表明，社会经济需求会挤占农业用水，生态保护对用水要求更严格，平衡节水效率与发展强度可在保证绿洲灌溉规模的基础上优化绿洲稳定性。研究“以水定地”，为干旱区绿洲水资源高效配置提供了科学依据，对促进干旱区经济发展、社会稳定及生态环境良性循环有重要意义。

关键词: 绿洲稳定性, 水热平衡, 适宜灌溉规模, 节水灌溉

Abstract:

As a typical irrigated oasis in the arid regions， the stability and suitable irrigation scale of Zhangye Basin are critical to regional ecological security. Based on multi-source underlying surface data， hydrometeorological records， and socioeconomic statistics from 2000 to 2020， this study quantitatively evaluated oasis stability and optimized irrigation scale using a modified water-heat balance model and multi-scenario analysis. The results indicate：（1） During the study period， the oasis area expanded by 452.8 km² during the study period， primarily due to the conversion of unused land to cropland and construction land. （2） The modified oasis stability evaluation model considers the actual evapotranspiration consumption of vegetation more than the traditional model， and the evaluation results are more in line with reality. The overall stability of the Zhangye oasis generally exhibited sub-stable to stable （0.736）， the current irrigation scale significantly exceeded the suitable irrigation scale of the oasis. Although the overloaded area has continuously decreased， the water stress remains prominent. （3） The multi-scenario setting indicates that social and economic demands will occupy agricultural water use， while ecological conservation imposes stricter water requirements. Balancing water-saving efficiency and development intensity can optimize the oasis stability of the oasis while maintaining irrigation capacity. This study demonstrates that "determining land use based on water availability" provides scientific support for efficient water allocation in arid oasis regions， with significant implications for promoting economic development， social stability， and eco-environmental sustainability.

Key words: oasis stability, water-heat balance, suitable irrigation scale, water-saving irrigation

中图分类号:

S274

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图/表 11

图1 张掖盆地范围及绿洲空间分布

Fig.1 The extent of Zhangye Basin and the spatial distribution of oases

表1 绿洲稳定性划分

Table 1 Classification of oasis stability

评价	H₀	绿洲规模评价	可正常维持的生态景观
超稳定	>1.00	绿洲面积可以扩大	湖泊、大面积湿地和森林
稳定	0.75~1.00	绿洲面积在有可靠措施时可谨慎扩大	森林草原或草原
亚稳定	0.50~0.75	绿洲需要较高的投入才能保持稳定	干草原和疏树草原
不稳定	<0.50	必须缩小绿洲规模以保持局部稳定	干草原

表2 用水情景设置 (108 m3)

Table 2 Water usage scenario setting

用水情景	水资源总量	畜牧用水量	生活用水量	工业用水量	生态用水量	降雨量	植被用水量
经济发展优先情景	12.813	0.174	0.618	1.522	0.276	4.168	14.391
生态发展优先情景	12.813	0.174	0.618	1.268	0.331	4.168	14.590
经济发展兼顾生态保护情景	12.813	0.174	0.618	1.395	0.303	4.168	14.491

图2 土地利用分布格局及时空演变

Fig.2 Land use distribution pattern and temporal and spatial evolution

表3 张掖盆地土地利用类型面积

Table 3 Statistics analysis of the area for the land use types in Zhangye Basin

土地利用类型	2000年		2005年		2010年		2015年		2020年
土地利用类型	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%
耕地	1 821.2	31.11	1 974.1	33.72	2 105.7	35.97	2 148.0	36.69	2 182.7	37.29
林地	107.4	1.83	92.9	1.59	81.2	1.39	79.6	1.36	79.8	1.36
草地	740.5	12.65	722.8	12.35	700.0	11.96	688.9	11.77	748.9	12.79
水域	184.6	3.15	188.9	3.23	189.2	3.23	195.5	3.34	209.9	3.59
建设用地	165.1	2.82	173.6	2.96	183.6	3.14	209.0	3.57	250.4	4.28
未利用地	2 835.6	48.44	2 702.2	46.16	2 594.5	44.32	2 533.5	43.28	2 383.2	40.71

图3 2000—2020年张掖盆地降雨量与水资源量变化

Fig.3 Rainfall and water resources changes in the Zhangye Basin from 2000 to 2020

图4 2000—2020年张掖盆地用水量变化

Fig.4 Water consumption changes in Zhangye Basin from 2000 to 2020

图5 2000—2020年张掖盆地绿洲稳定性指标变化

Fig.5 Oasis stability index changes of Zhangye Basin from 2000 to 2020

图6 2000—2020年张掖盆地灌溉面积超载情况

Fig.6 Analysis of irrigation area overload in Zhangye Basin from 2000 to 2020

图7 不同情景下绿洲适宜灌溉面积分析注：节水系数0.9、0.8、0.7、0.6指节水后的灌溉用水量，分别是实际灌溉用水量的90%、80%、70%、60%。

Fig.7 Analysis of appropriate irrigation areas for oasis in different scenarios

图8 不同情景下节水灌溉系数对灌溉面积的影响分析

Fig.8 Analysis of the impact of water-saving irrigation coefficient on irrigation area in different scenarios

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