一、農業節水模擬情景設置
陜西省是一個水資源緊缺的省份，旱災頻繁發生，農業對水資源依賴程度高。農業灌溉設施在抗旱減災、保證糧食安全和促進社會經濟發展中起著無可替代的重要作用。節水改造工程措施的實施，改變了灌區農田水文循環變化規律，干支斗渠道襯砌、井渠結合灌溉及田間節水技術等措施使地下水的補給量和排泄量發生了顯著變化，并進一步影響到農田士壤水分運動及自然植被的生態耗水。灌溉入滲水量是地下水的主要補給來源，農田灌溉對地下水的補給量與灌水量、灌溉時間、灌水次數、灌水方式、地下水埋深、士質類型等因素有關。遵循以節水增效為中心，全面提高灌溉水利用系數、水分生產率，開源節流并重，實現水資源可持續利用原則，結合灌區水資源利用現狀、淺層地下水資源調查報告和灌區節水改造規劃，對灌區干支渠襯砌率、斗渠襯砌率、畦灌面積、噴灌面積、微灌面積、低壓管道灌溉面積、糧食作物灌溉面積、蔬菜灌溉面積、果林灌溉面積、其他經濟作物灌溉面積等進行調整組合（表9-1），設置了4種真實情景，分別為情景1（1997年）、情景3（2000年）、情景5（2005年）、情景7（2010年）和4 中假定情景分布，為情景2、情景4、情景6、情景8。通過地下水模型計算了節水工程實施前后灌區地下水位及埋深，通過8種真實情景及假定情景對比，分析灌區節水改造對地下水空間分布的影響。
表9-1 灌區農業節水改造規劃方案 Table9-1 planning scheme of agricultural water-saving reform in Jinghui Canal Irrigation District
注：畦灌面積指小畦灌、膜上灌、注水灌、窖蓄灌溉等面積之和。其他經濟作物是指棉、油、糖等作物。本表引自《陜西省涇惠渠灌區續建配套與節水改造規劃報告》。
在灌區水資源利用現狀（第七章水均衡分析）基礎上設置的各種節水情景分別敘述如下：
（1）情景1：節水改造之前（1997年），干支斗渠襯砌部分破壞，渠系水利用系數為0.574，畦灌面積17667hm2，噴灌、微灌等節水灌溉技術還未被推廣，農作物種植結構中糧食、蔬菜、果林、其他經濟作物種植面積比例0.80：0.07：0.09：0.04。
（2）情景2：在情景1基礎上，加大田間節水力度，擴大節水灌溉面積，畦灌面積增加到42000hm2，噴灌面積增加到4667hm2，微灌面積增加到2000hm2，低壓管道灌溉面積增加到8667hm2，情景2即為2000年灌區農業節水真實情景。
（3）情景3：在情景2基礎上，調整農作物種植結構，糧食作物灌溉面積增加到66867hm2，蔬菜灌溉面積增加到8467hm2，果林灌溉面積增加到7867hm2，其他經濟作物灌溉面積增加到6000hm2。
（4）情景4：在情景3基礎上，增大干支、斗渠襯砌率，減少渠道系統滲漏量，干支渠襯砌率為75%，斗渠襯砌率為80%，渠系水利用系數為0.645。
（5）情景5：在情景4基礎上，加大田間節水力度，擴大節水灌溉面積，畦灌面積增加到53334hm2，噴灌面積增加到8667hm2，微灌面積增加到4000hm2，低壓管道灌溉面積增加到11667hm2，田間水利用系數為0.92，情景5即為2005年灌區農業節水真實情景。
（6）情景6：在情景5基礎上，調整農作物種植結構，糧食作物灌溉面積調整為63267hm2，蔬菜灌溉面積調整為12400hm2，果林灌溉面積調整為9133hm2，其他經濟作物灌溉面積調整為6533hm2。
（7）情景7：在情景6基礎上，增大干支、斗渠襯砌率，減少渠道系統滲漏量，干支渠襯砌率為90%，斗渠襯砌率為90%，渠系水利用系數為0.6。情景5即為2010年灌區農業節水真實情景。
（8）情景8：在情景7農業種植結構不變情況下，進一步增大干支、斗渠襯砌率，減少渠道系統滲漏量，干支渠襯砌率為100%，斗渠襯砌率為100%，渠系水利用系數為0.645。加大田間節水力度，擴大節水灌溉面積，畦灌面積增加到60000hm2，噴灌面積增加到10000hm2，微灌面積增加到5333hm2，低壓管道灌溉面積增加到13333hm2，田間水利用系數為0.93。
二、模擬結果分析
通過地下水模型PMWIN對節水改造對地下水影響進行評價（代鋒剛等，2012），重點考慮不同情景的地下水埋深，選擇非灌溉季節9月份地下水埋深作為評價指標，不同情景下的地下水埋深所占面積見表9-2，同時把地下水埋深分為＜8m；8～13m；13～18m；18～23m；23～28m；＞28m6種情況分別統計面積。利用Visual Basic 6.0將模型模擬結果ASCII格式文件提取出來，然后將計算結果文件導入ArcGIS9.3中用Krixinx法進行內插，生成不同情景9月份地下水等水位線圖（圖9-1）。利用ArcGIS9.3對模型模擬結果ASCII格式數據文件進行了空間可視化顯示（圖9-2）。
表9-2 灌區節水改造各種情景下的地下水埋深分布面積 Table9-2 Different ground water depth distribution with water-saving scenein Jinghui Canal Irrigation District
續表
根據表9-2結果，分析可知：
（1）田間節水工程緩解地下水位下降的效果明顯。通過情景1和情景2對比分析，田間節水工程可以減少18.5%的井灌水量，地下水埋深＜8m的面積增加4.6%，地下水埋深8～13m的面積減少15%；通過情景3和情景5對比分析，地下水埋深＜8m的面積增加4.8%，地下水埋深8～13m的面積減少6.4%，地下水埋深18～23m的面積減少13.1%；通過情景1和情景7對比分析，地下水埋深＜8m的面積增加26.7%，地下水埋深8～13m的面積減少35.8%。
（2）渠系節水工程提高了渠系水利用系數，減少了地下水開采量，對地下水位下降有一定的抑制作用。通過情景1和情景6對比分析，地下水埋深＜8m的面積增加17.2%，地下水埋深8～13m的面積減少31.5%；通過情景3和情景4對比分析，地下水埋深＜8m的面積增加2.3%，地下水埋深8～13m的面積減少2.1%；通過情景5和情景7對比分析，地下水埋深＜8m的面積增加10.5%，地下水埋深18～23m的面積減少18.5%。
（3）涇陽、楊府、樓底、張卜等地區農業種植結構不合理加劇了地下水位下降，地下水漏斗呈擴大趨勢。通過情景1和情景8對比分析，地下水埋深＞28m的面積增加7.6倍，地下水埋深23～28m的面積增加4.76倍；通過情景3和情景7對比分析，地下水埋深＞28m的面積增加4.78倍，地下水埋深23～28m的面積增加2.99倍；通過情景2和情景6對比分析，地下水埋深＞28m的面積增加2.13倍，地下水埋深23～28m的面積增加2.15倍。
根據圖9-1和圖9-2可知：
（1）隨著灌區節水改造工程，尤其是田間節水工程實施，三原、閻良、臨潼等地區地下水位下降速度得到一定的控制，由于涇陽、楊府、樓底、張卜等地區的農作物種植結構調整，地下水埋深仍呈增加趨勢。目前樓底、張卜等地區糧食作物種植面積減少，經濟作物、果林及設施農業等方面發展較快，果蔬類經濟作物對灌溉水質及灌水時間要求較高，多以機井開采地下水進行灌溉，渠道水源利用率低，導致地下水埋深增大，高陵縣張卜地區已出現地面塌陷、地裂縫等危害性的地質災害現象。
（2）在涇陽、高陵等地區出現的地下水降落漏斗擴展趨勢明顯。渠道灌溉水量與水利工程調蓄能力有關，通常在灌溉高峰時期，難以滿足灌區下游地區灌溉用水要求，開采地下水緩解了農業用水矛盾，但由于統一規劃管理措施的缺失，導致地下水超采加劇。涇陽、樓底、楊府、張卜4個地區地下水位下降趨勢尤為突出，地下水平均埋深由1997年9月的12.5m下降至2010年9月的27.5m，累計降幅15m，局部地區地下水最大埋深達到50m以上。地下水位下降速度增大，地下水位年平均下降速度從1981～1997年間的0.535m/a增大為2000～2010年間的0.734m/a。
圖9-1 涇惠渠灌區不同節水情景下地下水位空間分布 Fig.9-1 Spatial and temporal distribution of groundwater level of the different simulate scenes in Jinghui Canal Irrigation District
圖9-2 涇惠渠灌區不同節水情景下地下水位三維空間分布 Fig.9-2 Spatial and temporal distribution of groundwater level of the different simulate scenes in Jinghui Canal Irrigation District
三、模擬結論
（1）運用PMWIN，GMS和ArcGIS兩者結合是研究區域地下水演化趨勢的非常有效的工具，ArcGIS在地下水模型模擬結果的前后處理中具有很大的優越性，3D Master三維可視化技術增強了對模擬結果后處理功能，可以實現模擬結果三維立體可視化直觀顯示。
（2）節水改造工程實施、農業種植結構調整，使涇惠渠灌區淺層地下水位下降速度增大，地下水年平均下降速度從1981～1997年間0.535m增加為2000～2015年間0.734m；地下水降落漏斗仍呈擴大趨勢，地下水埋深＞13m的區域面積，由1997年9月的358.56km2增加為2015年9月的612.92km2。灌區適宜農業節水方案為模擬情景6，灌區渠系節水工程（干支、斗渠道襯砌）實施使渠系水利用系數提高了約16.9%，提高了灌溉保證率，減少了地下水開采量；灌區田間節水工程可減少18.5%～33.4%的井灌水量，對抑制地下水位下降效果明顯。
（3）涇惠渠灌區目前由于地下水超采、地下水位迅速下降，局部已出現地面沉陷、地裂縫等危害性的環境地質災害現象，建議進行地下水人工調蓄、完善地下水取水許可制度、調整農業種植結構、擴大農業節水宣傳，實現灌區節水農業可持續發展。