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包头湖农场成立于1959年,在五十多年的发展过程中农场的农业经济得到了全面发展。尤其是2005年以后的10年里,农场耕地面积以平均10.0%的速度快速增长,农业生产对水资源需求量不断增加。灌溉模式的改变及地表水的减少促使农场将水资源需求转移到对地下水开采上来,农场地下水开采量逐年增加,地下水资源供需失衡现象十分突出。选择已经实行限额供水制度的包头湖农场作为研究区,采取野外调查、实时监测及数值模拟等方法,对地下水流场及埋深分布进行研究,并对其面临的问题进行方案分析。包头湖农场现有耕地面积占行政区域总面积的81.0%,其中高效节水面积为耕地总面积的90.2%。随着高效节水技术的推广及棉花产业的兴起,配套的节水设施也在不断完善,其中机电井的建设尤为突出。近3年内,机电井的数量以每年至少30眼的速度增加,地下水开采量在农业需水量中所占的比重也越来越大。这对灌区地下水资源及生态环境非常不利。将2007年作为初始年,建立水文地质概念模型、数学模型及研究区地下水系统数值模型,通过Processing MODFLOW软件运行计算。依据2009-2014年的地表水资源量调查数据,根据丰水年、平水年、缺水年地表来水量情况设定三种不同情景进行区域水均衡分析。利用数值模型预测研究区地下水埋深能否满足用水安全标准,对不满足要求的情景进行退耕处理。综合分析经济性、可行性等条件分别选择合理的退耕方案,并确定灌区的节水灌溉面积。通过对各情景的模拟结果分析发现,当地表水引水量为2500.0×104 m3/a时,地下水开采量为2273.5×104 m3/a,能够在满足现有耕地的需要的同时保证灌区生态安全。当地表水引水量为1800.0×104m3/a时,地下水开采量为2973.5×104m3/a,地下水埋深超过维持生态安全的临界标准,至少减少非责任田面积的30.0%才能满足生态需求的最低标准。地表水引水量仅为1300.0×104 m3/a时,地下水开采量为3473.5×104 m3/a,即使不加限制的抽取地下水也难以满足现有耕地的需要,为缓解灌区生态面临的危机,需要至少将非责任田的80.0%退耕。