汾河灌区是山西省最大的灌区,其工程建设和管理水平在全省乃至全国具有较好的代表性和引领性。受其特殊水文地质条件的影响,灌区多数面积实施大定额灌水方式,即每年只进行一次春浇,灌溉定额在240m3/亩左右,按传统概念来讲,其灌溉水的利用率特低。但实际上,在其特殊水文地质条件下(灌溉前地下水埋深2.0m左右),灌溉水量由于深层渗漏补充了地下水,导致地下水的上升(灌溉后上升至0.5-1.0m),在后续的土壤水分消耗过程中,地下水源源不断转化为土壤水而被吸收利用,其有效利用率远远高于传统概念的评价值。本文通过对灌区灌溉过程、土壤水分补充与消耗过程、地下水位变化过程的年度跟踪监测,揭示灌区水文地质条件下土壤的水分运移特性、土壤水与地下水之间的定量关系以及大定额灌溉的有效利用系数等,为特殊水文地质条件下大定额灌溉区灌水有效性的计算评价提供依据,也为山西省汾河灌溉管理局的持续发展的提供技术支撑。本文试验区选择清徐县柳杜村灌溉区,依据试验要求、当地地形和水文情况布设3个跟踪试验点。试验以大田试验为主,室内试验为辅,大田跟踪试验包括地下水位、土壤温度、分层土壤含水率、降雨量、灌溉量的年度跟踪监测。室内试验主要进行了土壤理化性质的测定,包括土壤的基本物理性质、养分和污染物等。论文基于灌溉区实地年度跟踪监测资料和农田水量平衡方程,通过分析各个时期内土壤分层含水率的变化、地下水位的变化、降雨量和灌溉量,量化了大定额灌溉方式下的土壤水分转化、补充和消耗的过程和灌溉水量的有效性。研究结果表明：(1)灌区大定额灌水过程完成后,地面以下地下水位以上土壤层含水率得以大量补充,同时地下水为也有了显著的升高,灌溉水入渗形成了对地下水的补给。(2)在地下水浅埋地区,根系活动层土壤含水量与地下水之间有着紧密的联系,观测发现根系活动层土壤含水量随着地下水埋深的变浅而逐渐增大,并得到土壤0—100cm土层储水量Wh(mm)与地下水埋深Z(cm)的定量关系式为：Wh=-0.0003Z2-0.9516Z+418.54,相关系数R=0.8534。(3)灌区大定额灌水的有效性是本论文的重点,文中通过对灌溉水有效利用系数的计算来为其提供有力依据。在计算时将有效利用量分两种情况来计算,第一种是只考虑玉米生育期内的需水量,计算出灌溉水有效利用系数为80.25%；第二种是综合考虑玉米生育期耗水量和灌水后到播前这一时期地下水位以上土层含水量的变化量,计算出灌溉水有效利用系数为96.7%。由此可以看出灌区的灌溉水有效利用系数在一个比较高的范围内,充分说明了大定额灌水在特殊水文地质条件灌区运用的有效性。(4)本次试验采用火焰原子吸收分光光度法测定灌区重金属镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)的含量,还对土壤养分状况进行了分析。结果表明：长期的污水灌溉导致了汾河灌区农田土壤中镉的不同程度的污染,而且镉污染是造成土壤风险的主要因子；测定的六种重金属在表层含量较多,六种重金属在土壤中垂直分布方面大体趋势是随土壤深度的增加而减小。(5)灌区各采样点表层土壤中养分含量均较大,在土壤剖面中养分的分布均有一定的规律性,铵态氮含量随深度增加无明显变化,有机质、硝态氮含量呈现明显的“S”型变化,全磷、全钾在剖面中部有少许浮动,整体呈现逐渐降低的趋势。本文通过对山西省汾河灌区特殊水文地质条件下大定额灌溉区灌水的有效性、土壤水分运移以及土壤中重金属和养分的分布规律进行分析研究,对汾河灌区提高灌溉效率和农业的可持续发展具有重要的理论意义和实际价值。