气候变化下华北平原井灌区粮食生产地下水保障能力

王电龙，张光辉，冯慧敏，3，田言亮

（1.山西省水利建设开发中心，山西 太原　030002；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄　050061；3.山西农业大学林学院，山西 太谷　030801）

气候变化下华北平原井灌区粮食生产地下水保障能力

王电龙1，2，张光辉1，冯慧敏1，3，田言亮1

（1.山西省水利建设开发中心，山西 太原030002；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄050061；3.山西农业大学林学院，山西 太谷030801）

摘 要：为了揭示华北平原粮食生产地下水保障程度，以石家庄平原井灌区为典型研究区，建立了地下水保障程度指标体系，利用水量平衡原理、统计降尺度和概率统计等研究方法，对该区未来50年的粮食生产地下水保障程度进行了分析评价，结果表明：①RCP26气候情景多年平均粮食作物灌溉需水量最高，其次为RCP、RCP45和RCP85；RCP45情景地下水可开采量最高，其次为RCP85、RCP26和RCP。②地下水保障程度对降水量的增减有较强敏感性，降水量每增加100 mm，RCP情景地下水保障程度上升3.6%，RCP26、RCP45和RCP85分别上升4%、4.6%和5.5%。③从RCP到RCP85情景地下水保障程度呈增大趋势，但增大程度有所不同，RCP26较RCP增大5%、RCP45增大8%、RCP85增大5%。因此，在温室气体排放量逐步增大的压力下，从粮食生产用水安全角度分析，选择RCP26～RCP45之间的发展模式较为合适。

关键词：气候变化；华北平原；井灌农业区；保障程度

华北平原是我国重要的粮食生产基地，粮食产量超过5 700万t。地下水是该区粮食生产的主要灌溉水源，占该区地下水总开采量的69.81%［1］，加之近些年来我国干旱气候频发，灌溉用水对地下水开采的需求程度愈加提高。可以说，没有地下水的可持续保障，就难有本区粮食的高产稳产。

近50年来，华北平原气候条件发生重大改变，区域年均降水量由608.1 mm（1956—1979年）降低到528.6 mm（1980—2010年），年均气温以0.25℃/ 10a的增大速率升高，由于气候条件改变造成该区多年平均年地下水资源量（1980—2009年）相对于1959—2009系列下降了14.37%，地表水资源量下降了20.27%［2］。根据IPCC第5次评估报告（AR5），到21世纪末，在高排放量情景下全球温室气体CO2排放量可达1 370 ppm［3］，由此可造成全球平均气温的持续升高。随着气温升高，中国西南部地区平均降水量将有所升高，而其他地区将有所降低［4］。

气候变化对地表水和地下水循环系统都将产生重大影响，一方面降水量的减少或增大将促使地表水或地下水资源量的减少或增大，另一方面气温的升高将使作物需水量增大，进而引起灌溉水量（地下水开采量）的增大［5-11］。因此，开展气候变化条件下地下水资源对粮食生产保障程度的研究，对实现华北平原粮食生产的持续稳定、保障国家粮食安全有重大意义。

笔者选取石家庄平原井灌区为典型研究区，采用统计降尺度、水量平衡原理和概率统计等一系列研究方法，分析研究现状气候条件（RCP）及德国普朗克气候研究所研发的大气环流模式MPI-ESM-MR 下RCP26、RCP45和RCP85三种气候情景未来50年（2011—2060年）的粮食生产地下水保障程度，以期为该区乃至全国粮食生产安全的水资源保障提供一定的理论支持。

1　研究区概况

石家庄平原位于华北平原中东部、太行山东麓山前冲洪积平原，如图1所示，主要粮食种植作物为冬小麦和夏玉米，为一年两季轮作种植，主要灌溉水源为地下水，占农业灌溉总用水量的90%以上［12］，由此造成了当地地下水连年大幅超采，地下水位持续下降，是华北平原农业用水供需矛盾最为尖锐的地区之一。全区总面积6 976.4 km2，多年平均年气温13.4℃，多年平均年降雨量477 mm，属于大陆性暖温带半湿润半干旱气候，2010年有效灌溉面积4 099 km2，粮食总产量388.76万t，农业地下水开采量11.55亿m3。区内主要河流为滹沱河，1919—1978年多年平均年径流量29.3亿m3，20世纪80年代以来河道长期处于断流状态，上游主要水利工程为岗南和黄壁庄水库，控制总流域面积的94.8%。研究区位于滹沱河冲洪积扇群上，包气带岩性为裸露砂砾石层，第四系厚度350～500 m，由上到下可划分为4个含水层组，上部和下部岩性粒度较细、厚度较小，中部砂层粒度较大、厚度大；水平方向上由西到东含水层厚度由厚变薄，层次由少变多，富水性由弱到强。

图1　　　　研究区域

2　研究方法与数据

2.1IPCC情景与MPI-ESM-MR模式

在2013年IPCC第5次报告（AR5）中采用了RCPs（Representative Concentration Pathways）气候变化预测模式，它综合评价预测了2100年以前全球各地的辐射强度，包括4种情景:RCP26气候模式是指辐射强度最高达到3.0 W/m2（相对于490 ppm CO2排放量），至2100年降低到2.6 W/m2；RCP45模式是指辐射强度至2100年前不超过4.5 W/m2（相对于650 ppm CO2排放量）；RCP60模式是指辐射强度至2100年前不超过6.0 W/m2（相对于850 ppm CO2排放量）；RCP85模式是指辐射强度一直呈增大趋势，至2100年增大至8.5 W/m2（相对于1 370 ppm CO2排放量）。

MPI-ESM-MR模型由德国马克斯普朗克气象研究所研制，IPCC（AR5）给出了该模型1950—2005年（历史数据）及2006—2100年RCP26、RCP45和RCP85情景的逐日气象模拟资料，分辨率为1.865°× 1.875°，原始数据为NetCDF格式，可用ArcGIS下Multidimention tool工具读取。

2.2逐日气象资料的获取

笔者所用的气象资料主要为2011—2060年逐日的最高气温、最低气温和降水量。为了对比现状气候条件与模拟气候情景下地下水保障程度的变化情况，采用中国国家气候中心研制的NCC/GU-WG （2.0）天气发生器软件，模拟生成现状条件下石家庄站2011—2060年期间逐日的最高气温、最低气温和降水量数据作为对照（RCP）。由于MPI-ESM-MR模型的输出数据分辨率较低，需要进行降尺度处理。笔者采用统计降尺度软件SDSM（4.2），对RCP26、RCP45和RCP85气候情景模式的逐日最高气温和逐日最低气温进行降尺度处理，预测因子主要为地面2 m温度场（tas）和海平面气压场（psl），统计模型校核期为1961—1975年，验证期为1976—1990年。图2（a、b）为统计降尺度模型生成的1961—1990年期间逐日最高、最低气温与同期实测的逐日最高、最低气温相关关系图。由图2可以看出，实测逐日气温数据与降尺度的逐日数据之间具有较高的相关系数，说明统计降尺度模型具有较高的可信度，可以用于未来3种情景模式下逐日最高、最低气温的预测分析。

图2　实测逐日气温数据与降尺度数据关系

由于对逐日降水序列进行降尺度处理相对复杂，且运用SDSM（4.2）软件降尺度所得到的数据较同期实测数据误差较大，笔者参考了丛振涛等人［13］的方法，采用如下步骤进行降尺度处理:①分别统计MPI-ESM-MR模型历史输出数据（1961—2000年）和RCP26、RCP45及RCP85三种情景2011—2060年输出数据1—12月降水量平均值；②对比分析计算三种情景模式下1—12月降水平均值分别相对于历史输出数据1—12月平均值的增大程度；③将计算得到的三种情景模式下1—12月降水量平均值相对于历史输出数据的增大幅度分别计算叠加到由NCC/GU-WG（2.0）天气发生器模拟生成的石家庄站2011—2060年1—12月逐日降水序列，从而得到石家庄站RCP26、RCP45及RCP85三种情景模式下的逐日降水序列。

文中气象资料计算数据为石家庄站数据，为了验证单站与整个平原区气象数据的关系，将1975年以来石家庄单站实测数据与平原区实测数据进行了对比。结果表明，气温（1975—2010年平均值）石家庄站实测数据为13.73℃，与全区平均气温13.4℃相差不大；降水量石家庄单站实测数据为517 mm，全区平均降水量为477 mm，下降7.7%；未来气候情景以石家庄站为基础站点进行降尺度验证校核，气温数据相差不会太大，降水数据也可能存在0～7.7%的误差。

2.3未来粮食作物种植结构与灌溉面积变化

研究区主要粮食种植作物为冬小麦和夏玉米，种植结构为一年两季轮作种植。从2011年以来该区冬小麦和夏玉米种植面积来看，其占粮食作物总种植面积的比例维持在86.4%～93.9%，变化不大，加之《全国新增1 000亿斤粮食生产能力规划》中对我国未来粮食增产量做了明确要求，该区作为重要的粮食生产区，笔者认为未来50年粮食作物种植结构基本不会发生太大变化，即在粮食作物需量计算过程中，以冬小麦和夏玉米轮作种植为代表进行计算；2011年以来，该区井灌区面积维持在4 522～4 832 km2，变化幅度不大，且多为基本农田，由于全国严守1.2亿hm2（18亿亩）耕地面积的限制，笔者认为未来灌溉面积变化也不大，计算时以2010年为基准。

2.4地下水保障程度评价方法与指标体系

笔者所述地下水保障程度是指在井灌区农田尺度上多年平均年地下水可开采量所能满足粮食作物需水量的程度。采用Pgwi指标作为评估华北平原井灌粮食主产区地下水保障能力（程度）的技术指标，其计算公式为:

式中:Qgr为典型井灌区农田尺度上的地下水可开采资源量（mm）；Iwr为井灌农业区粮食作物需水量（mm）；α为实际灌溉水量与计算灌溉需水量的比值，这里实际灌溉水量采用DB13/T1161.1-2009发布的标准灌溉定额。

Pgwi指标的评估分级，见表1。

表1　华北平原井灌区地下水保障能力指标评估分级

采用联合国国际粮农组织（FAO）研发的基于彭曼-蒙蒂斯（Penman-Monteith）公式的EToCalculatorV32软件计算粮食作物需水量，计算时空气湿度（%）选用软件自带的Tdew=Tmin+2℃计算，风速（m/s）选用软件自带的light to moderate wind选项，日照时间和辐射强度（Sunshine and Radiation）选用 Rs= 0.16×SQRT（Tmax-Tmin）×Ra，模式选用内陆模式（interior location）。粮食作物灌溉需水量计算公式为:

式中:Iwr为粮食作物灌溉需水量（mm）；ETo为参照作物需水量（mm）；Kc为作物需水系数，这里采用刘钰［8］等的实测数据；Pe为作物生育期内有效降水量（mm）。

作物生育期内有效降水量与计算时段有关。研究表明，以旬为计算时段，采用如下公式可以满足计算精度要求:

式中:P为作物生育期内降水量（mm）；E为实际作物蒸散发量（mm），采用KcET0。

多年平均年地下水可开采量Qgr采用下述步骤进行计算。首先，计算研究区地下水总补给量，其计算公式为:

式中:∑Qre为地下水总补给量（mm）；Qpre为降水入渗补给量（mm）；Qwre为井灌回归补给量（mm）；Qfre为渠灌田间渗漏补给量（mm）；Qrre为河道渗漏补给量（mm）；Qlre为侧向流入补给量（mm）；Qlere为越流流入补给量（mm）。

对于典型井灌区地表水严重枯竭而言［14］，河道渗漏量Qrre可计为0，渠灌渗漏补给量Qfre亦可计为0。因此，在典型井灌区尺度上，地下水总补给量计算公式变为:

式中:符号意义均同前。

由包气带水量平衡方程式可知，在灌溉季节降水入渗补给量和井灌回归补给量可用下式计算:

式中:P为大气降水量（mm）；I为实际灌水量（mm）；Eg为潜水蒸发量（mm），该区地下水埋藏较深，该项计为0；R为地表径流量（mm），对于典型井灌区，该项计为0；E为实际作物蒸散发量（mm）；ΔW为土壤水变量（mm）；其他符号意义同上。

式（6）可变为:

式中:符号意义均同前。当P+I-E〉0时，多余水分进入土壤，增加土壤含水量，当土壤含水量大于田间持水量时形成大气降水入渗补给；当P+I-E〈0时，土壤水分减少，形成蒸散发，无法形成大气降水入渗补给。

在非灌溉季节，降水入渗补给量采用下式计算:

式中:符号意义均同前。当P-E〉0时，多余水分进入土壤，当土壤含水量大于田间持水量时形成大气降水入渗补给；当P-E〈0时，土壤水分减少部分形成蒸散发，大气降水入渗补给计为0。

将式（7）和（8）带入式（5）得到:

式中:符号意义均同前。

对于多年平均值土壤含水量（ΔW）基本保持不变，记为0［15］。地下水可开采量用可开采系数法进行计算，依据《华北平原地下水可持续利用调查评价》［16］，石家庄平原区可开采系数为0.98.

式中:Qgr为多年平均年地下水可开采量（mm）；其他符号意义均同前。计算过程中侧向流入补给量Qlre和越流流入补给量Qlere基本保持不变，采用多年平均实测值［16］。

3　研究结果

3.1气候变化对粮食作物需水量及地下水可开采量的影响

3.1.1对年际变化的影响

利用式（2）和（3）可以计算得到研究区2011—2060年粮食作物灌溉需水量。从多年平均水平来看，RCP26气候情景需水量最高为727 mm，RCP和RCP45需水量基本一致、分别为715和712 mm，RCP85最低为702 mm。为了定量评价气候变化对年需水量的影响，以需水量大于750 mm为高强度灌溉需水量，以700～750 mm为中强度灌溉需水量，以小于700 mm为低强度灌溉需水量。在现状气候条件下，2011—2060年，低强度灌溉需水量年份占42%，中强度占34%，高强度占24%；RCP26气候情境下，低强度和中强度需水量年份较现状气候条件下所占比例有所减小、均为32%，高强度需水量比例增大为36%；RCP45气候情境下，低强度需水量年份占42%，中强度占34%，高强度占24%，与现状气候条件下相同；RCP85气候情境下，低强度需水量年份所占比例较现状气候条件下增大8%，中强度下降6%，高强度下降2%。

利用式（4）—（10）可计算得到研究区2011— 2060年系列多年平均年地下水可开采量。现状气候条件RCP下，地下水可开采量为207.2 mm（《华北平原地下水可持续利用调查评价》中石家庄平原区可开采量为186.7 mm，其利用数值模型法计算得到，误差率为11%，这与降水量点面关系引起的误差有很大关系。因此，在地下水保障程度计算过程中，将可采量修正到186.7 mm，其余气候情景按同比例修正），RCP26较现状气候条件增加4 mm、RCP45增加9 mm、RCP85增加7 mm。

3.1.2对年内变化的影响

利用式（2）和（3）计算RCP、RCP26、RCP45和RCP85四种气候情景下以月为计算单元的多年平均（50%）年灌溉需水量，利用式（4）—（10）计算以月为计算单元的多年平均年地下水可开采量，如图3 （a—d）所示。

图3　不同气候情景下粮食作物需水量及地下水可开采量年内变化趋势

在粮食作物灌溉需水量方面，四种气候情景下的年内需水量变化趋势基本相同，1—4月呈连续大幅上涨趋势，4月达到峰值，从气候变化角度分析，RCP26、RCP45和RCP85三种气候情景的峰值较现状RCP均有不同程度缩小，减小幅度分别为5、10 和15 mm；5—8月一直呈下降趋势，9月小幅上涨后，10—12月连续下降。4—6月是主要灌溉需水月份，也是井灌区需要开采灌溉的主要月份，四种气候情景占全年需水量的比例分别是61%、63%、63%和61%。

从图3可以看出，年内地下水可开采量演变大体上可分为地下水缓慢累积、持续超采和逐步恢复3个阶段。

1—3月为地下水缓慢累积阶段。此阶段粮食作物需水量较小，降水量基本上能满足作物生长需求，不需要进行开采灌溉，因此地下水得以不断累积增加，但补给量较小。从气候变化分析，现状气候条件下1—3月地下水开采量占全年的比例为5.2%，RCP26、RCP45和RCP85三种气候情景较现状比例分别增大1%、5.7%和6.9%。

4—6月为地下水持续超采阶段。此阶段作物需水量大幅增加，四种气候情景较1—3月分别增加543%、578%、573%和574%，但是降水量仍然较小，较1—3月分别增加427%、356%、183%和193%，远不能满足作物的生长需求，需要大幅开采地下水进行灌溉，灌溉需水量分别是1—3月的6.9、7.0、7.5 和7.5倍，至6月超采量达到峰值，按当地灌溉制度，4、5、6月各灌溉1次，灌溉水量按定额750 m3/hm2进行计算，四种气候情景的地下水超采峰值分别达172、175.3、161.7和153.4 mm。

7—12月是地下水逐步恢复阶段。其中，7、8月是研究区雨季，降水量除能满足作物生长需求外，可产生大量降水补入渗给，是产生地下水资源补给的主要月份，决定了全年的地下水资源恢复程度。从气候变化分析，在现状气候条件（RCP）下，7、8月产生的地下水可开采量占全年比例为56%，RCP26、RCP45和RCP85占全年地下水可开采量的比例较现状气候条件RCP有不同幅度的缩小，分别为52%、38%和36%，至12月底，四种气候情景超采量分别为113.3、109、103.6和106.3 mm，即在现状气候条件下增加113.3 mm补给量、RCP26条件下增加109 mm补给量、RCP45条件下增加103.6 mm补给量、RCP85条件下增加106.3 mm补给量可实现年内采补平衡。

3.2气候变化对地下水保障程度的影响

采用式（1）—（10）计算得到RCP、RCP26、RCP45 和RCP85四种气候情景下粮食生产地下水保障程度2011—2060年系列。从多年平均水平来看，在RCP下保障水平为59.88%，在RCP26下为63%，在RCP45下为64.8%，在RCP85下为63.3%。

3.2.1对降水变化的敏感程度

以年降水量为横坐标、年地下水保障程度为纵坐标，建立相关关系，如图4所示。可以看出，粮食生产地下水保障程度与降水量之间存在较强相关关系。在RCP下，降水量每增加100 mm，地下水保障程度上升3.6%；RCP26、RCP45和RCP85三种情景对降水量变化的敏感程度均高于现状条件，降水量每增加100 mm，地下水保障程度分别上升4%、4.6%和5.5%。

图4　不同气候情景下降水量对地下水保障程度的影响

3.2.2保障程度概率水平

精确评估气候变化条件下华北平原井灌区未来（2011—2060年）粮食生产地下水保障程度发生概率有多大，具有重要的实际意义。为了估计地下水保障程度Pgwi的分布形态，利用NCC/GU-WG（2.0）天气发生器生成10组现状气候条件下2011—2060年逐日最高气温、最低气温和降水量，利用SDSM4.2生成10组RCP26、RCP45、RCP85三种气候情景逐日最高和最低气温，利用2.2节所述逐日降水量生成办法生成10组RCP26、RCP45、RCP85三种气候情景下逐日降水量，利用式（1）—（10）可计算得到10组2011—2060年RCP、RCP26、RCP45、RCP85四种气候情景下井灌农业区的地下水保障程度，最后运用MATLAB（R2014a）的Distribution fitting工具对地下水保障程度Pgwi进行变量分布估计，估判四种气候情景下的地下水保障程度Pgwi基本符合对数正态分布，参数见表2，最后通过χ2拟合优度检验，得到RCP、RCP26、RCP45、RCP85四种气候情景下井灌农业区地下水保障程度Pgwi在0.05显著水平上均符合对数正态分布（如图5所示）。

表2　地下水保障程度概率密度曲线参数

图5　不同气候情景下地下水保障程度累积概率曲线

图5为现状气候条件RCP、RCP26、RCP45和RCP85四种气候情景粮食生产地下水保障程度累积概率曲线CDF。从图5可以看出，从RCP到RCP85，累积概率曲线发生向右偏移，说明低保障水平的概率呈减小趋势，高保障水平概率则呈增大趋势。从评价指标来看，RCP情景低保障水平概率达0.172 2（约5年一遇），即未来50年中约有7年处于低保障水平，至少需超采153 mm（用地下水可开采量除以保障程度再减去地下水可开采量得到）的地下水维持粮食作物灌溉，RCP26、RCP45和RCP85三种气候情景较RCP情景均有所减小，分别提高到16年一遇、25年一遇和13年一遇；RCP情景下中保障水平概率约为1.2年一遇，即未来50年约有41年处于中保障水平，每年需超采62～153 mm地下水维持灌溉，RCP26、RCP45和RCP85三种气候情景较现状条件均有所增大，分别为46、45和44年；现状气候条件下发生高保障水平的概率极小，高达250年一遇，即基本上每年都需要超采地下水进行农业灌溉，这也是近50年来研究区地下水位连年持续下降的重要原因，只有遇到如1996年流域超过百年一遇特大洪水，地下水年蓄变量才能转为正平衡，地下水位止降回升［17］，RCP26、RCP45和RCP85三种气候情景下的概率水平较现状条件均有所增大，分别为50、20 和30年一遇。

从以上分析可以大致计算出未来50年中，在RCP条件下平均每年约需超采地下水125 mm维持粮食作物灌溉需求；在RCP26下需超采地下水112 mm，较RCP下降10.4%；在RCP45下需超采地下水107 mm，较RCP下降14.4%；在RCP85下需超采地下水112 mm，较RCP下降10.4%。从以上计算减小程度及图5累积概率曲线较RCP条件偏移距离可以看出，从RCP到RCP45井灌区粮食作物开采量减小幅度较大，而到RCP85情景又有增大趋势。因此，从保障粮食生产用水安全及减小地下水超采量角度分析，在温室气体排放浓度逐步增大的压力下，选择RCP26—RCP45之间的发展模式较为合适。井灌农业区地下水保障程度概率水平，见表3。

表3　井灌农业区地下水保障程度概率水平

4　结论

以石家庄平原井灌农业区为典型区，利用水量平衡原理、统计降尺度和概率统计等研究方法，分析计算了现状气候条件RCP、RCP26、RCP45和RCP85四种气候情景下粮食作物需水量及地下水可开采量，并建立了粮食生产地下水保障程度指标体系，对该区未来50年（2011—2060年）的粮食生产地下水保障程度进行了分析评价，主要得出以下几点结论:①从多年平均水平来看，RCP26气候情景下粮食作物灌溉需水量最高，其次为RCP、RCP45和RCP85；RCP45情景地下水可开采量最高，其次为RCP85、RCP26和RCP。②根据年内地下水可开采量演变过程，将1—3月划分为地下水缓慢累积阶段、4—6月划分为持续超采阶段、7—12月划分为逐步恢复阶段。③粮食生产地下水保障程度对降水量有较强敏感性，降水量每上升100 mm，在现状气候条件下地下水保障程度上升3.6%，RCP26、RCP45和RCP85分别上升4%、4.6%和5.5%。④从RCP到RCP85地下水保障程度呈增大趋势，但增大程度有所不同，RCP26较RCP增大5%、较RCP45增大8%、较RCP85增大5%，因此从粮食生产用水安全角度分析，在温室气体排放量逐步增大的压力下，选择RCP26—RCP45之间的发展模式较为合适。

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中图分类号：TV213.9；P641.8

文献标识码：A

文章编号：1004-7328（2016）02-0034-08

DOI:10.3969/j.issn.1004-7328.2016.02.014

收稿日期：2016—01—18

基金项目：国家自然科学基金资助项目（41172214）；山西农业大学科技创新基金资助项目（201306）

作者简介：王电龙（1981—），男，博士研究生，主要从事农田水利与水资源合理利用方面的研究工作。

Grain Production Groundwater Ensuring Extent of North China Plain Well Irrigation Area in Climate Change Scenarios

WANG Dian-long1，2，ZHANG Guang-hui1，FENG Hui-min1，3，TIAN Yan-liang1
（1.Shanxi Water Conservancy Construction&Development Center，Taiyuan 030002，China；2.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang 050061，China；3.Forestry College of Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

Abstract：In order to reveal grain production groundwater ensuring extent of north china plain，take Shijiazhuang plain well irrigation area as typical region，build index system of groundwater ensuring extent，studied ensuring extent in four scenarios of RCP，RCP26，RCP45 and RCP85 in 2011-2060，through the methods of SDSM，water balance principle and proablity statistics.The results indicate that:①The RCP26 climate scenarios irrigation water demand is highest，followed by RCP，RCP45 and RCP85；the RCP45 scenario groundwater resource is the highest，followed by RCP85，RCP26 and RCP.②groundwater ensuring extent is sensitive to precipitation，a rise of 100mm of precipition，the ensuring extent increase 3.6%，4%，4.6%and 5.5%respectively in RCP、RCP26 RCP45 and RCP85 scenarios.③The groundwater ensuring extent has a increasing tendency from RCP to RCP85 scenarios，but the incease range is different，RCP26，RCP45 and RCP85 is the increase of RCP 5%，8%，5%respectively.Therefore，from grain production water safety analysis，under the pressure of greenhouse gases emission increasing，choice of development model of RCP26～RCP45 is appropriate.

Key words：climate change；north china plain；well irrigation area；ensuring extent