考虑地表-土壤-作物水分联合亏缺的综合旱情指数研究

区域干旱发生发展受地表水、土壤水、作物水等多种缺水过程的共同影响，以往基于单一缺水过程构建的干旱指数难以反映实际旱情，综合考虑多种缺水过程构建综合旱情指数，对有效开展区域旱情监测具有重要的意义。基于水文作物耦合模型(VIC-EPIC)模拟数据，通过线性加权集成标准化径流指数(SRI)、土壤含水量距平指数(SMAPI)和作物缺水指数(CWDI),构建了反映地表-土壤-作物水分联合亏缺的综合旱情指数(CDSI),并采用1981—2020年数据在湘江流域开展了应用研究。结果表明，基于CDSI提取的旱情特征序列与流域内35个县1990—2007年受旱率相关性在0.4～0.8之间，82.9%通过5%显著性水平检验，与反映单一水分亏缺的SRI、SMAPI和CWDI相比，相关性整体上有较大提升。CDSI能够较好地反映区域实际旱情发生发展，可为大范围旱情准确识别和评估提供有效支撑。     

基于土壤含水量距平指数的塔里木流域时空演变特征

选取GLDAS产品的3层土壤水分数据,计算土壤含水量距平指数(Soil Moisture Anomaly Percentage Index,SMAPI),分析其在年际、季节和生长季的时空变化,并基于M-K方法对塔里木流域时间序列进行突变检验,以此来评估塔里木流域农业干旱时空演变特征。     

抗旱知识

1.干旱:因长期少雨而空气干燥、土壤缺水的气候现象。(1)气象干旱:不正常的干燥天气时期,持续缺水足以影响区域引起严重水文不平衡。(2)农业干旱:是指在农作物生长发育过程中,因降水不足、土壤含水量过低和作物得不到适时适量的灌溉,致使供水不能满足农作物的正常需水,而造成农作物减产。(3)水文干旱:在河流、水库、地下水含水层、湖泊和土壤中低     

基于供水水源的干旱指数及在昆明干旱频率分析中应用

在分析昆明需水量主要供水水源的基础上,以土壤含水量和径流量分别表示作物蒸散和各用途取水的供水水源,参照综合气象干旱指数的构造方式,构建了基于标准化土壤含水量指数和标准化径流指数的综合水文干旱指数。采用阈值法识别基于综合水文干旱指数的干旱过程,通过区域旱情频次确定干旱发生阈值,并分别以干旱过程中指标值小于干旱发生阈值的时段数和时段内干旱发生阈值与指标值之差的累积和为干旱历时和干旱烈度。在采用适线法确定干旱历时、干旱烈度边缘分布的基础上,利用GH Copula函数构建了两者的联合分布,计算了昆明1956—2011年干旱事件的重现期。与昆明实际旱情及由标准化土壤含水量指数、标准化径流指数识别干旱过程比较,综合水文干旱指数适用于昆明干旱过程识别及其重现期计算,相比于气象干旱指标能更直接地反映区域旱情,而相比于土壤含水量或径流量单水文干旱指标能更全面地反映区域干旱的驱动因素。     

基于水文模型的大凌河流域综合干旱指数研究

为解决单一干旱指数干旱评估的局限性,本文运用水文模型模拟流域土壤含水量,构建土壤相对湿润度干旱指数,并采用主成分方法将土壤相对湿润度、降水距平百分数以及相对湿润度三种干旱指数进行综合,构建基于水文模型的综合干旱指数,对大凌河干旱情况进行评估。研究成果可以为大凌河流域干旱预测预警提供重要的参考。     

基于土壤含水量模拟的干旱监测指数研究

以山西省汾河流域为例,采用水量和能量平衡原理的VIC模型模拟了区域内径流和土壤含水量的变化过程,并构建了土壤干旱指数进行实例研究。结果表明:建立的VIC模型能够较好地模拟研究区站点的径流和土壤含水量的变化过程,基于土壤含水量模拟的土壤干旱指数与实际干旱的发生具有较好的相关性,土壤干旱指数物理意义清晰,能较好地刻画区域干旱在时空上的发生、发展及结束过程,对区域干旱监测具有一定的应用价值。     

干旱预报模型分析

干旱模拟模型密切结合农业干旱特点,通过把降水、土含变化、作物需水、地下水变化等多种因素联系起来,对干旱的发生、发展过程进行模拟计算,从而得到一系列包括缺水的时间过程、量及变化等多项指标来反映作物缺水情况．并通过综合分析来确定干旱的年、季和作物关键生长期的旱情指标及相应的旱情等级,提供干旱信息,为干旱的规划、监测和预报提供依据。     

葫芦岛市农业旱情等级划分与确定

文章考虑葫芦岛市的干旱特点，全面分析土壤相对湿度指数、降雨量距平百分率、连续无有效降雨天数、作物灌溉缺水率、农田与作物干旱形态指标的适用性，并划分与确定主要指标的干旱等级，研究成果可以为葫芦岛市受旱等级和干旱评估提供一定决策依据。     

黑龙江省西部地区玉米需水量与灌溉制度制定

黑龙江省西部地区频发的干旱情况影响该地区农业水循环与粮食安全,研究玉米水分供需关系对于理解该地区干旱机理有重要意义。根据FAO-56单作物系数法,计算玉米生育期参考作物蒸散量(ET0)、作物需水量(ETc)和灌溉需水量(Ir),依托CROPWAT模型制定灌溉制度,并通过计算作物水分盈亏指数(CW)分析玉米水分盈余情况。结果表明：1960—2015年黑龙江省西部玉米生育期ET0和ETc呈下降趋势,有效降水量(Pe)、Ir和CW呈上升趋势;平均ET0、ETc、Pe和Ir分别为639.64、438.13、224.40和273.87 mm;由于不同水文年干旱条件不同,Pe并不能在所有年份满足玉米水分需求,丰水年、平水年、枯水年和特枯水年的平均净灌溉定额分别为152.43、236.33、276.53和353.47 mm。黑龙江省西部玉米生育期水分供需关系的研究和灌溉制度的制定有助于区域水资源调控和农业发展     

考虑缺水滞后效应的作物-水模型研究

本文依据作物生理学有限缺水理论，考虑作物不同生育阶段缺水对叶面积系数、腾发量变化及产量影响的滞后效应，假设这种滞后影响过程的现在阶段只与将来阶段有关，而将来阶段与过去阶段无关，经单阶段和多阶段缺水的两种田间灌溉试验，求得改进的加法模型即考虑缺水滞后效应的作物-水模型(LEMCRW)，与常见的3种国外MCRW比较具有较广泛的适应性和较好精度，只要正确选用不同的敏感指标，可供单阶段和多阶段缺水对产量影响的非充分灌溉模拟     

Pond and Irrigation Model (PIM): a Tool for Simultaneously Evaluating Pond Water Availability and Crop Irrigation Demand

Agricultural ponds are an important alternative source of water for crop irrigation to conserve surface and ground water resources. In recent years more such ponds have been constructed in Mississippi and around the world. There is currently, however, a lack of a tool to simultaneously estimate crop irrigation demand and pond water availability. In this study, a Pond-Irrigation Model (PIM) was developed to meet this need using STELLA (Structural Thinking, Experiential Learning Laboratory with Animation) software. PIM simulated crop land and agricultural pond hydrological processes such as surface runoff, soil drainage, and evapotranspiration as well as crop irrigation demand and pond water availability. More importantly, PIM was able to decide when to conduct crop irrigation based on management allowable depletion (MAD) root zone soil water content and to determine optimal ratios of agricultural pond size to crop land with sufficient pond water available for crop irrigation. As a case demonstration, the model was applied to concomitantly estimate row crops (i.e., corn, cotton, and soybeans) water irrigation demand and pond water availability in a farm located at East-central Mississippi. Simulations revealed that corn used more soil water for growth than soybeans, whereas soybeans needed more irrigation water than corn and occurred due to less rainwater available for soybeans growth. We also found that there was one time for corn, zero time for cotton, and two times for soybeans when the pond water level was drawn to near zero for irrigation from 2005 to 2014. PIM developed in this study is a useful tool for estimating crop irrigation demand and pond water availability simultaneously.     

北京市农业节水与作物种植结构调整

从农业供水资源对作物种植结构的影响、作物种植结构对农业用水量和农业水资源供需平衡的影响,以及作物种植结构对农业节水灌溉方式的要求和对灌溉效益的影响等几方面研究探讨了农业节水与作物种植结构这种既相互制约,又相互促进的关系,并就北京市作物种植结构调整和今后农业节水灌溉工程建设提出几点建议.     

半偏减法集对势在区域旱灾风险评估中的应用

为深入挖掘旱灾风险动态评估中评价样本与评价标准之间存在的不确定性问题,提出用半偏减法集对势这一新的联系数伴随函数,建立区域旱灾风险动态评估的半偏减法集对势方法（SSSPP）,并应用于宿州市2007—2017年旱灾风险动态评估和风险脆弱性因子识别研究。结果表明:宿州市旱灾风险综合等级基本在2级以上,处于偏危险状态,通过半偏减法集对势值可判别2009、2010及2011年处于偏反势,为高危险年份。通过半偏减法集对势方法识别出了宿州市旱灾风险脆弱性指标有:相对湿润度指数、土壤相对湿度、土壤类型、单位面积水资源量、耕地率、农业人口比例、水库调蓄率、单位面积现状供水能力、单位面积应急浇水能力、灌溉指数、节水灌溉率,这11个指标是宿州市降低旱灾风险等级进一步需要调控的对象。     

变化环境下宝鸡峡灌区农业需水量的合理确定

基于宝鸡峡灌区11个气象站30年的气象数据、20年的作物种植面积资料及灌溉水利用系数等资料,分别用彭曼公式和定额法计算宝鸡峡灌区农业需水量,利用趋势法及灰色关联分析法分析其变化特征及驱动因素,并将计算结果与实际农业用水量对比讨论。结果表明:在众多变化环境因素共同作用下,1991-2010年间宝鸡峡灌区农业需水量呈下降趋势,其主要影响因素是种植面积及粮食作物种植比的减小。中等年及干旱年实际用水量接近于非充分灌溉条件下定额法计算出的农业需水量,湿润年实际用水量介于定额法计算出的农业需水量与基于彭曼公式计算出的农业需水量之间。基于上述结论考虑灌区实际用水需求,提出灌区农业需水量合理确定方法。     

基于作物耗水定额控制的灌溉管理模型

海河流域水资源供需矛盾突出,其中农业灌溉所占用水量和耗水量比例最大,而其水分利用效率相对偏低,因此节水潜力较大,为合理调控区域灌溉用水,本文将田间试验观测为基础的灌溉节水理论和方法与遥感数据反演区域耗水(ET)的点面优势相结合,提出了基于作物耗水定额管理的农业灌溉管理模型,通过控制区域上的作物耗水量分布,促进区域灌溉水资源的合理调配和利用,实现资源性节水。模型主要功能包括遥感反演数据统计分析、区域耗水目标分解、作物ET定额分配、种植结构调整、节水潜力分析以及净灌溉需水量估算。可实现从区域综合耗水控制目标向主要作物ET定额的分解,并转化为灌溉用水管理中可控制的灌溉定额,通过逐年设置主要作物的ET控制定额和种植结构情景方案,分析区域的节水潜力,消除奢侈耗水,实现不同水文年和耗水控制阶段目标下的灌溉定额管理,为区域灌溉水管理提供技术支持。     

作物生产水足迹量化方法与评价研究

农业用水效率评价是农业水资源管理的基础。作物生产水足迹有效的统一了旱作、灌溉农业以及不同尺度的水分利用效率评价指标,为农业水资源管理提供了新的评价指标与工具。本文在现有作物生产水足迹量化方法的基础上,提出了基于区域耗水量和区域用水量的作物生产水足迹量化方法,形成了三种适用于不同评价目标和尺度的量化方法。以中国大陆为研究对象,利用不同方法对小麦水足迹进行量化,探讨了三种方法的特点和适用性。研究表明三种量化方法具有各自的适用范围和科学内涵,基于田间作物蒸发蒸腾量所得到的作物生产水足迹能够反映田间尺度水分利用效率、农业资源禀赋;基于区域耗水量的计算方法能够反映区域尺度水分利用效率、农业资源禀赋和区域耗水特性;基于区域用水量的水足迹量化方法能够反映区域尺度水分利用效率、灌溉系统运行水平与农业生产用水量。鉴于三种作物生产水足迹量化方法的差异性,在进行水足迹量化评价时,需根据具体的研究尺度和评价目标确定作物生产水足迹量化方法,使量化和评价结果更为科学合理。     

基于AquaGIS模型的盈科灌区制种玉米农业用水效率分析

盈科灌区是黑河流域中游绿洲典型灌区之一,该灌区农业用水效率较低,农业用水矛盾十分突出。制种玉米是灌区主要种植作物,研究制种玉米的优化灌溉制度对实现该区域农业用水可持续发展具有十分重要的意义。利用分布式作物模型AquaGIS模型,基于盈科灌区土壤质地的空间变异性对该灌区制种玉米灌溉制度进行了优化,提出了适合灌区实际配水情况的最佳灌溉制度。通过灌溉制度优化,灌区制种玉米蒸散发量减少36~53mm,水分生产率WPET增加5%左右,灌溉水生产率WPI增加25%~48%,极大地提高了灌区农业用水效率。同时,对该灌区不同水文年灌溉制度进行优化,综合对比灌区制种玉米WPET、WPI和产量,其中丰水年灌溉3次、平水年灌溉4次、枯水年灌溉5次可以实现农业用水效率最高,为灌区高效节水灌溉提供理论指导。     

基于单位象元尺度的黑龙港流域农用地下水资源供需分析

水资源匮乏和土地资源相对贫瘠是黑龙港流域最为严重的资源环境问题,基于对研究区遥感图像进行监督分类后得到的农业种植结构的分析,并运用作物缺水量和地下水资源供需短缺量、供需比的计算模型,开展了单位象元尺度的农业水资源供需平衡研究。结果表明,研究区冬小麦、水果和蔬菜分布较多的区域缺水最为严重,缺水量2 400m3/hm2以上的达到1.45万km2,占总面积的42.2%。据此,提出了区域水土资源优化配置方案,即在水资源短缺、土壤盐渍化或沙化地区,以种植耐干旱和耐盐咸的作物为主;在水资源丰沛、土壤有机质含量高和保蓄能力强的地区,以种植对水土资源要求高的作物为主。     

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。