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在欧洲，尤其是地中海国家，水资源稀缺且不可靠，在灌溉区管理水资源面临诸多挑战。为应对此问题，研究人员对瓜达尔基维尔河下游右岸稻田区展开循环水与溶质质量平衡模型研究。结果表明该模型能模拟不同水管理实践，对优化区域水资源管理意义重大。
在欧洲，水资源问题一直是备受关注的焦点，尤其是地中海国家，水资源稀缺且不稳定。随着气候变化，这一情况愈发严峻，给当地的农业灌溉带来了巨大挑战。在西班牙瓜达尔基维尔河下游右岸的稻田区，这里的水稻种植依赖大量的灌溉用水，每年约需 1000mm 的漫灌水量，但由于地表排水和水再循环率高，个别农田的实际用水量可能达到这一数值的四倍 。灌溉用水取自受潮汐影响的瓜达尔基维尔河河口，盐度成为水稻生产的关键限制因素，加上该地区水资源短缺，如何有效管理水资源、应对水稀缺和盐度问题，成为亟待解决的难题。
在此背景下，研究人员开展了一项旨在探索有效管理方案的研究。研究人员通过构建一个 “桶” 式质量平衡模型（包含循环规则和容量限制），对该稻田区的每日水和盐平衡进行分析。该模型将系统概念化为灌溉单元和排水单元，通过对应矩阵描述单元间水流关系，并结合水和溶质平衡方程计算各单元的水量和盐浓度。研究数据来自多个方面，包括瓜达尔基维尔河盆地管理机构提供的信息、多行为者协作小组提供的数据，以及通过卫星图像和气象站数据计算得到的参数等。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过建立概念模型，清晰定义了系统中的单元及其相互连接关系，包括灌溉单元和排水单元。其次，利用对应矩阵（灌溉对应矩阵 ICM 和排水对应矩阵 DCM）来描述灌溉和排水的流量分配比例。此外，运用水和溶质质量平衡方程，结合牛顿 - 拉夫逊方法和高斯消元法求解方程，以计算各单元的水和盐平衡情况。
研究结果如下：
- 系统概念化与现状分析：该稻田区结构复杂，研究确定了 21 个灌溉单元和 8 个排水单元，其分布网络呈网状。通过模型模拟当前管理情景下的水和盐平衡，发现不同灌溉单元的水和盐平衡情况存在差异。例如，位于上游的 PueblaRio 灌溉单元受海洋潮汐影响较小，而下游的 IslaMinima 灌溉单元抽取的水盐度更高。在 2019 年和 2020 年，灌溉单元的平均灌溉量为 3105mm，地表排水率平均为 0.51，这表明有大量灌溉水通过地表排水流出单元并参与系统内循环。同时，盐度在灌溉季节呈上升趋势，且下游地区盐度更高。
- 模型性能评估：通过与实测数据对比，模型在模拟流量方面表现良好，2019 年和 2020 年模拟结果与实测流量的差异分别为 8% 和 5%。在盐度模拟方面，虽然模型在某些细节上与实测值存在差异，如在灌溉季节开始时实测盐度有峰值但模型未体现，但总体季节性模拟值与实测值较为接近。
- 不同情景下的影响评估：研究人员模拟了两组情景。第一组聚焦于农场节水灌溉实践的扩大，结果表明这些情景均能减少水资源抽取量，其中情景 B 节水效果最为显著，达到 821mm/ha 。不过，节水的同时部分情景会导致盐度问题加剧，而干播（Dry seeding）、季中排水（Mid - Season Drainage）、早期排水（Early drainage）和播种 100 天后减少排水（Drainage reduction from day 100 after sowing）等情景对盐化的影响相对较小。第二组情景侧重于区域尺度的替代管理方案以改善盐度管理。结果显示，从上游引入非咸水的情景（如情景 I 和 J）能显著降低区域内的盐度，且情景 I 更为适宜，因其不增加水资源抽取量。此外，建设调节池塘（情景 K）也能改善盐度情况，而取消抽水站盐度阈值（情景 L）会导致灌溉单元盐度显著增加。
研究结论和讨论部分指出，该 “桶” 式水和盐质量平衡模型是评估不同水管理实践对整个区域性能影响的有效工具。第一组情景展示了农场节水灌溉实践在节水方面的益处，但也揭示了其与盐度之间的复杂关系。第二组情景中，从上游引入非咸水的策略虽能有效降低盐度，但实施成本高昂；建设调节池塘的方案成本相对较低且效果较好，但需要进一步研究其对河流水质的影响。当前，水资源稀缺和水盐度是该地区农民面临的主要问题，确定盐度阈值的最佳使用方法以及权衡节水策略与盐度条件对水稻生产的影响，从环境和经济角度来看都至关重要，这也为后续研究指明了方向。该研究成果发表在《Agricultural Water Management》，为相关领域的研究和实践提供了重要参考。
