黑河中游张掖市是2002年3月水利部确定的全国第一个节水型社会的试点,也是2014年河西走廊国家级高效节水灌溉示范区,随着灌区灌溉技术的改进以及渠系节水改造工程等节水灌溉技术的实施,农业用水效率有了显著的提高,但同时也改变了地下水的补给与排泄,进而引起地下水位的变化。研究节水灌溉对黑河中游地下水埋深的影响,可为流域地下水资源的合理调控和灌区渠系防渗衬砌标准的确定提供依据。论文以黑河中游流域为研究区,基于33眼观测井1985~2010年的地下水位观测资料,采用Kriging法和ArcGIS技术分析了地下水埋深变化的时空演变规律,探讨了地下水变化的影响因素及其变化趋势;采用随机森林法评价了影响地下水埋深变化的6个因素的重要性及排名,获得影响研究区地下水埋深变化的主要因素;基于FEFLOW构建了研究区三维地下水数值模拟模型,识别和验证了模型参数;采用正交试验法设置了9种节水灌溉的组合情景,模拟了不同节水灌溉情景下地下水位的响应,以地下水位多年动态平衡为条件,提出了适宜的节水灌溉情景方案。获得以下主要结论:(1)揭示了黑河中游地下水埋深变化的时空演变规律。黑河中游地下水埋深自南向北减少;甘州区和临泽县的地下水埋深变化趋势分别在2001年和2004年前呈增大趋势,之后又逐年减小,高台县北部地区埋深呈持续减小趋势,而东部地区呈增大趋势;地统计学分析表明地下水埋深具有中等的空间相关性,且空间各向异性有增强的趋势。(2)分析确定降水量、地表水引用量、地下水开采量、渠系水利用系数、蒸发能力及莺落峡来水量为影响地下水变化的6个因素;随机森林法对影响地下水埋深变化的6个因素的重要性评分及排名结果表明,渠系水利用系数、地下水开采量、地表水引用量及蒸发能力是影响黑河中游地下水埋深变化的4个主要因素;随机森林法模拟地下水埋深的误差均在7%以内,拟合效果较好,模拟能力较强,结果可信。(3)根据研究区水文地质剖面图、钻孔图以及DEM数据确定含水层结构、地层及地质构造,构建了研究区三维地下水数值模拟模型。基于FEFLOW软件,依据2007年1月~2009年12月黑河中游月降水量、地下水开采量、地下水位等资料,对模型进行了识别和验证,73%观测井的模拟水位误差在1m之内,R2值均在0.5以上,表明模拟值与实测值拟合效果较好,建立的模型能够较好的反应研究区水文地质空间分布,可以用于地下水数值模拟计算。(4)针对影响地下水埋深的4个主要因素,每个因素考虑3种水平,用正交试验法设置了9种节水灌溉组合情景,可以用较少的模拟次数实现良好的组合效果;综合应用构建的的地下水数值模拟模型与ArcGIS软件分析不同节水情景下地下水埋深变化。结果表明,若渠系水利用系数分别提高10%和20%,10m以下浅层地下水埋深分布面积分别减少了38%和53.16%,因此在通过提高渠系水利用系数进行节水改造时要慎重;4个因素对地下水埋深的影响由大到小依次为:渠系水利用系数>地下水开采量>灌溉面积>灌水定额,与随机森林法评价结论一致;保持渠系水利用系数不变,减少地下水开采量、灌溉面积及灌溉水定额的节水情景2及情景3均可达到缓解地下水位下降的目的,同时节水情景3效果更明显,但是考虑黑河中游经济的可持续发展,推荐采用的节水灌溉方案为情景2。