内蒙古河套灌区位于黄河上中游地区,是我国重要的商品粮油生产基地,灌区农业灌溉用水量占总用水量的90%以上,是典型的没有灌溉就没有农业的灌区。近年来,随着水资源紧缺加剧以及非农业用水量逐年递增,分配给农业部门的黄河水量呈明显减少趋势,因此需大力发展节水灌溉。由于灌区来水情况的改变,使得灌区水量分配、作物种植、盐分分布等发生相应的变化,这些变化会对区域尺度的水文循环及生态环境等造成一定的影响。灌区节水需要在综合考虑节水效果和保证生态环境健康的前提下进行,充分认识灌区水盐动态变化和节水的生态环境效应有利于实现水资源高效利用和农业生态环境可持续发展。本文在实地调研、区域资料收集及野外试验观测的基础上,采用统计分析、模型模拟与GIS相结合的方法,定量估算了区域土壤盐分动态迁移趋势;定性分析了下游乌梁素海水体矿化度主要影响因子;综合分析了区域水盐动态对不同用水管理措施的响应规律;并考虑了灌区下游乌梁素海生态环境需水量阈值,提出适宜的节水策略和方案措施。主要研究内容及结论如下:(1)定量估算并分析了区域尺度土壤盐分动态迁移规律及主要驱动因素。结果表明,河套灌区解放闸灌域年均积盐量为57.12万吨/年,其中有39.7%左右的盐量积聚在1m深土层,其余盐分积聚在1m深度以下的土壤和地下水中,在1m深土层范围内,2007年～2016年耕地1m土层积盐量减少了 11.21%,而盐荒地1m 土层积盐量增加了235.62%,盐分有从耕地向盐荒地迁移的趋势。通过对土壤含盐量主要影响因素的分析,得出灌区引水量、排水量、地下水埋深及蒸发量对土壤含盐量的影响最大,其次为地下水矿化度、降雨量和气温。建立了以地下水埋深为自变量的耕地1m深土层盐分含量预测模型,并与实测数据进行对比分析,结果表明模型预测精度较好,可为研究区耕地1m深土层土壤含盐量预测提供参考方法。(2)定性分析了灌区下游乌梁素海水体矿化度的主要影响因素。结果表明,地下水矿化度、乌梁素海排入黄河水量、灌区排水量、排入乌梁素海排水矿化度、污水排放量及生态补水量对乌梁素海水体矿化度影响最大,其次为降雨量、蒸发量及引水量。建立的乌梁素海水体矿化度预测模型具有一定的代表性。(3)以河套灌区解放闸灌域为研究尺度,分析了区域耕地和盐荒地盐分含量在不同用水管理措施条件下的动态变化。结果表明,现状灌排条件下,未来10年灌域耕地土壤盐分含量可减小1.03%,而盐荒地土壤盐分含量增加96.67%,盐荒地在灌区盐分分布及调控中具有较大利用潜力,是储存耕地盐分的汇集库。综合考虑灌域盐分控制、作物需水及节水效果等,未来生育期灌溉定额减小15%,秋浇灌溉定额增加10%左右后,耕地根层盐分10年后可减少6.2%,全年综合灌溉定额可减少95m3/hm2。(4)以整个河套灌区为研究尺度,将其划分为299个均匀分布的单元网格,采用SahysMod分布式模型与GIS相结合的方法开展模拟研究。首先对模型进行率定验证,结果表明,SahysMod分布式模型可将区域空间变异性考虑进来,在大区域长期水盐动态预测中具有很好的利用潜力。率定期地下水埋深全年变幅的均方根误差RMSE在0.17～0.55m之间,平均相对误差MRE在-1.35%～12.84%之间,验证期RMSE在0.22～1.35m之间,MRE在-8.14%～31.07%之间。年排水量相对误差RE在0.30%～9.08%之间,R2为0.945,排水矿化度RE均值为6.83%。总体来看SahysMod模型可以较好的模拟研究区地下水埋深、排水量、排水矿化度等动态变化。(5)基于率定和验证后的SahysMod分布式模型,分析了区域水盐动态对不同用水管理措施的响应。结果表明,现状灌排条件下,未来10年排水量及地下水埋深变化相对稳定,排水矿化度呈轻微增大趋势,灌区中上游耕地土壤盐分呈轻微减小趋势,而灌区下游耕地土壤盐分呈明显增加趋势。灌区总引水量减少时,排入乌梁素海水量减小,而排水矿化度增加,这会对乌梁素海水体矿化度产生一定的影响。尽管通过各种措施可节约一定的水量,但需综合考虑下游维持乌梁素海生态环境安全的最小生态需水量,并结合灌区实际生态补水条件全面综合考虑用水管理策略。当灌区渠系水利用系数保持不变时,需通过改进田间节水技术(增加高效节水灌溉面积)或调整种植结构(减少高耗水量作物种植面积)来实现节水增效,未来引水量最多可减少15%,与现状条件相比最多可节约6.5亿m3的水量。当灌区田间节水技术及作物种植结构不变,即田间灌溉量不变时,渠系水利用系数可提高17%左右,总引水量最多可在现状基础上减少15%。灌区排水量受渠系渗漏补给量的影响要大于田间渗漏补给量,当灌区总引水量减少量不大时,可优先考虑通过改进田间节水技术或调整作物种植结构减少田间灌溉水量,使得灌区引水量一定条件下尽可能增加排入乌梁素海的排水量;当引水量减少量较大时,为保证作物需水要求,可将田间节水措施与渠道衬砌工程措施综合考虑。