三义寨引黄灌区主要作物需水量计算及趋势分析

针对三义寨引黄灌区主要作物需水量、有效降水量和净灌溉需水量的计算问题,采用参考作物法构建模型,采用联合国粮农组织推荐的彭曼-蒙特斯(Penman-Monteith)公式的修正公式进行计算。以惠北水利科学试验站观测数据为基础,得出冬小麦全生育期(10月中旬至第二年5月下旬)的作物需水量2000—2019年年际变化范围为395.494～796.776 mm,均值为579.425 mm,有效降水量均值为160.090 mm,净灌溉需水量均值为453.291 mm,灌溉需求指数均值为0.773,对灌溉的依赖程度较高;夏玉米全生育期(6月中旬至9月中旬)的作物需水量在1999—2019年年际变化范围为187.581～716.762 mm,均值为359.310 mm,有效降水量均值为295.776 mm,净灌溉需水量均值为149.768 mm,灌溉需求指数均值为0.371,对灌溉的依赖程度较低;棉花全生育期(4月上旬至10月下旬)的作物需水量1999—2019年年际变化范围为366.985～1 049.358 mm,均值为580.561 mm,有效降水量均值为433.519 mm,净灌溉需水量均值为266.470 mm,灌溉需求指数均值为0.421,对灌溉的依赖程度为中等。将3种作物需水量按生育期叠加,灌区净灌溉需水量最大的月份为3月,原因是冬小麦在拔节抽穗期对水量需求较大。4月、5月冬小麦处于关键的灌浆成熟期,棉花处于苗期和成长期,因此净灌溉需水量在各月中分别位于第3、2位。3种作物的生育期需水量、净灌溉需水量均为增加趋势,有效降水量均呈减少趋势,夏玉米和棉花的净灌溉需水量增加倾向率较大,主要原因是夏玉米和棉花的生育期与降水量较大的7—8月重合,因此受到降水量和气候的影响较显著。     

山东发展灌溉趋势分析

1 山东省灌溉发展现状 山东省人均耕地面积0.07hm2,土地开发利用程度高,人多地少的矛盾比较突出。农作物基本以冬小麦、夏玉米、棉花和花生为主,从全省来看,冬小麦需水量一般为482-562mm、夏玉米为322-376mm、棉花为608-671mm、花生为550-600mm,全省多年平均降水量为676.5mm,单从降水量和每种作物的需水量来比较,降水量完全可以满足作物的生育需水要     

气候变化背景下华北平原灌溉需水及农业干旱易发区变化研究

以华北平原为研究区,选取冬小麦和夏玉米作为典型作物,采用作物系数法并依据预估的气候情景计算典型作物的净灌溉需水量,分析不同气温和降水变化幅度下冬小麦和夏玉米需水过程和需水总量。同时,结合气象干旱和需水异常程度划分了干旱易发区。所得成果可供相关研究人员参考。     

河北省主要作物系数时空分布特征

为进一步提高农田蒸散量和灌溉量计算的准确性以及优化农业灌溉水资源配置,基于河北省1955—2014年逐日气象数据,借助分段单值平均作物系数法分析河北省冬小麦、夏玉米和棉花作物系数的时空分布特征。结果表明:1955—2014年冬小麦、夏玉米和棉花作物系数均呈不显著下降趋势,全生育期内年际间平均作物系数分别为0.86、0.85和0.83;不同生育期内,3种作物系数变化区间分别为[0.40,1.29],[0.49,1.24],[0.30,1.29]。全生育期内,冬小麦和夏玉米作物系数均呈以邢台为低值中心向四周逐渐增大的空间分布特征,棉花则是由西向东逐渐增大;不同生育期内,冬小麦和棉花的大部分生育期作物系数呈由西向东逐渐增大的空间分布特征,而夏玉米则是由邢台向四周逐渐增大。风速和日照时数的降低是引起3种作物系数减小的主要原因。     

基于作物需水量空间分析的北京地区种植业规划

采用Penman-Monteith公式计算了北京市主要作物春玉米、夏玉米、棉花、冬小麦、苜蓿的需水量,并采用GIS插值得到以上各作物的需水量空间分布.通过需水量的空间分布规律和现有农用地分布情况的分析,为今后种植业布局提出了规划意见.     

基于温度效应的作物系数及蒸散量计算方法

准确估算作物蒸散量对于制定合理的灌溉计划和提高水资源利用效率至关重要。为反映逐日需水量的动态变化,考虑温度对作物生长状态的影响,采用三基点温度(最适温度、上限温度、下限温度)计算作物系数及蒸散量,并对不同时间尺度上计算精度进行评价。利用五道沟水文实验站大型称重式蒸渗仪实验资料及气象资料,建立了全生育期冬小麦和夏玉米蒸散量模型,结果表明:通过温度模拟冬小麦和夏玉米作物系数变化拟合度均较高,相关系数均达0.80以上,平均绝对误差均约为0.10;不同时间尺度(1、3、5 d),蒸散量模型均具有良好的预报能力,冬小麦预测值与实测值相关系数分别为0.95、0.98、0.98,夏玉米为0.90、0.94、0.97。随着时间尺度由1 d升至5 d,冬小麦绝对误差由0.67 mm·d-1降至0.41 mm·d-1,预报准确率(1 mm·d-1)由73%升至90%,夏玉米绝对误差由0.94 mm·d-1降至0.37 mm·d-1,预报准确率(1 mm·d-1)由67%升至90%,预报精度提高。     

气候变化对华北地区主要作物需水量的影响

在未来温度上升1～4℃的情景下，研究了气候变暖对我国华北地区主要作物需水量的影响。结果显示，气候变暖对不同作物需水量的影响程度不同。其中对冬小麦需水量的影响最大，对棉花的影响次之，对夏玉米的影响最小。当生长期内温度上升1～4℃时，冬小麦需水量将增加2.6%～28.2%，相当于11.8～153.0mm；夏玉米需水量将增加1.7%～18.1%，相当于7.2～84 1mm；棉花需水量将增加1.7%～18.3%，相当于7.9～96 2mm。说明冬小麦对未来气候变暖的适应能力很差，而夏玉米和棉花的适应能力相对较强。气候变化对作物需水量的影响存在一定地域性差异。其中对济南的作物需水量影响最大。当温度增加1～4℃时，冬小麦、夏玉米、棉花需水量将依次增加15.4～153.0mm、8.3～84.1mm、9.6～96.2mm。对太原的作物需水量影响最小。当温度上升1～4℃时，3种作物的需水量依次增加11.7～114.5mm、6.9～68.3mm、7.9～78.0mm，比济南分别低24%～２５％、17%～19%和18%～19%。按华北地区目前的种植结构估算，温度上升1～4℃将使整个地区冬小麦的需水增加14.7～191亿m 3；夏玉米的需水增加5.87～68.6亿m3；棉花的需水增加1.35～16.5亿m 3。未来气候变暖将使华北地区业已紧张的水资源供需矛盾将更加突出。     

陕西省玉米需水量等值线图及分区灌溉评价的研究

本项研究使用彭曼(Penman)公式估算了全省97个县(站)的玉米需水量并绘出玉米需水量等值线图。全省玉米需水量地理分布规律是从南向北逐渐升高,但在不同区域又存在不同的高值区,秦岭以南丹江流域一带和关中东部及陕北榆林风沙滩地为本省南部,中部和北部的三个相对高值区。全省多年平均夏玉米全生育期总需水量变化在260～490mm之间,春玉米全生育期总需水量变化在350～640mm之间;干旱年夏玉米变化在270～510mm之间,春玉米变化在370～680mm之间;湿润年夏玉米变化在250～470mm之间,春玉米变化在330～610mm之间。最后,对全省夏(春)玉米灌溉进行了分区评价。     

土壤水资源评价的研究

在简述土壤水资源研究现状的基础上，以河北王瞳试验区为例，探讨土壤水资源的评价内容与方法。提出用土壤水资源年补给量、作物生长期土壤水资源可利用量等指标进行土壤水资源量的评价。结果表明：研究区冬小麦生长期土壤水资源可利用量约为330～415mm；夏玉米为460～580mm；棉花为630～680mm.特别干旱的1997年(降水量仅235.9mm)降水几乎不对地下水产生补给，不灌溉地区土壤水年补给量近似等于降水量减去作物截留；在裸地地区近似为降水量。     

基于农业灌溉需水量计算的黄河三角洲作物结构优化EI北大核心CSCD

为优化黄河三角洲作物结构,以东营市垦利区为例,计算了当地主要作物各生育阶段及整个生育期内的作物需水量、有效降水量以及淋洗需水量,并对不同作物的水分盈亏情况进行了分析。结果表明:作物补充灌溉需水量从小到大依次为玉米、棉花、小麦、水稻;玉米水分亏缺程度最低,应适当增加玉米种植面积或者把冬小麦、夏玉米轮作更换为一年种植两季玉米(春玉米和夏玉米);减少棉花在中、轻度盐碱地的种植面积,对耐盐性较好的棉花改用排水回用或微咸水灌溉;兼用灌溉用水和洗盐用水种植水稻,在经水稻种植改良成轻度盐碱地的土壤上种植玉米和小麦。     

河北省降水特性与农业需水耦合关系分析

利用长系列降水资料对河北省降雨特性分析,河北省降水比较集中,汛期降水量占全年降水量的80%;通过对该区常规种植作物需水量分析,冬小麦—玉米一年两熟农业结构,少雨期正是小麦需水期,在平水年单位面积缺水量为419.2mm。而棉花生长需水期正是多雨期,在平水年,单位面积缺水量65.3mm,天然降水基本上可满足棉花正常生长的需要。因此,结合该区降水特性,调整农业种植结构,在水资源相对丰富的地区,保证粮食作物的种植面积;在水资源匮乏的区域,种植棉花作物,使得降水季节与作物需水期相适应,从而达到充分利用雨水资源的目的。     

南京地区水稻节水灌溉定额及适宜灌溉模式

收集南京地区55年气象观测资料,采用Penman-Monteith公式计算参考作物需水量;以多年实测数据与分段单值平均法相结合确定水稻作物系数;采用单作物系数法计算水稻需水量,再根据水量平衡原理,结合浅湿灌溉制度,推算南京地区不同分区、不同水文年、不同灌区类型的水稻耗水量和灌溉定额。根据未来水稻生育期暴雨发生概率增加的特点,提出更适宜南京地区推广的水稻蓄水控灌模式,以减少水量损失、提高降雨利用率。结果表明:南京地区一般干旱年降雨有效利用率达70%~85%,特枯年接近100%。     

Temporal Variability of Water Footprint for Maize Production: The Case of Beijing from 1978 to 2008

The water footprint (WF) of crop production is a comprehensive indicator that can reflect water consumption types, quantities and environmental impacts during the crop growth period. This study assesses interannual variability of green, blue and grey WFs of maize production in Beijing from 1978 to 2008. Results indicate that: (1) The multi-year average WF of maize was 1,031 m³ ton^?1 which was 56 % green, 25 % blue, and 19 % grey; (2) the climate experienced a warm-dry period in Beijing during the period from 1978 to 2008, and this lead to the increase of crop water requirement and irrigation water requirement for maize with trends of 0.52 mm a^?1 and 2.86 mm a^?1, respectively; (3) under the combined effects of climate change and agricultural inputs, the total WF and green WF presented decreasing trends. The blue and grey WFs had clear increasing trends; (4) statistical analysis revealed that interannual variability of green and blue WFs were caused by both climatic factors (effective precipitation) and non-climatic (agricultural inputs) factors. The grey WF was mainly associated with non-climatic factors, such as chemical fertilizers consumption.     

黄河下游灌区引黄灌溉需水预测关键技术分析

根据水量平衡原理,建立了黄河下游灌区引黄灌溉需水量中期预测方法。分析了引黄灌溉需水预测基本原理,阐述了作物需水量、有效降水量、斗渠以下灌溉水利用系数、引黄灌溉需水量分离等引黄灌溉需水预测的关键参数和方法。作物需水量可采用修订的Valiantzas方程进行预测;有效降水量预测可采用美国垦务局推荐方法;斗渠以下灌溉水利用系数可采用该系数与末级渠道灌溉控制单元至支渠分水口的距离、渠道衬砌率等的线性方程估算;引黄灌溉需水量的分离可采用高精度遥感技术确定引黄灌溉面积,并通过本文提出的计算方法,从灌区供水水源中分离出引黄供水需求量。上述关键技术问题的研究可以为黄河下游农业用水需求预测提供技术支持。     

京津冀地区主要农作物生产水足迹研究

利用京津冀地区(2个直辖市、11个地级市)气象及农业基础数据,采用彭曼公式与CROPWAT软件相结合的计算方法,分析了2014年京津冀地区主要农作物的生产水足迹。结果表明:小麦在整个生长期需水量主要以蓝水足迹为主,玉米在整个生长期主要以绿水足迹为主;2014年京津冀地区主要农作物总的生产水足迹为437.03×108m3,其中绿水足迹为137.71×108m3,蓝水足迹为176.03×108m3,灰水足迹为123.30×108m3;从京津冀地区主要农作物总的生产水足迹空间格局上来看,沧州、保定、邯郸和石家庄地区的主要农作物生产水足迹较大,是水资源调控的主要地区。     

基于耗水平衡分析的区域水资源管理

传统的供水管理和需水管理难以满足水资源可持续利用的要求,从耗水管理角度出发,以区域耗水平衡为理念,采用SWAT模型对河北省馆陶县基于蒸腾蒸发(ET)的水资源管理进行了分析,模拟了小白龙灌溉、低压管灌和喷灌3种不同节水灌溉方式下分别对应的6种作物种植结构调整模式(共18套水资源管理方案)的区域耗水水平。研究结果表明,低压管灌和喷灌两种节水灌溉方式对于减少区域ET量的作用与其所减少的取水量相比差距较大,真实节水效果并不十分显著。影响区域ET的主要因素是降水,区域ET量在湿润年份明显要高于干旱年份。这一规律并不随着灌溉方式和作物种植结构调整而发生根本性变化。灌溉对冬小麦生育期ET量的影响要显著高于对玉米生育期ET量的影响,减少冬小麦种植面积可以有效降低区域ET量。因此,馆陶县实现区域耗水平衡的最佳灌溉管理方案是灌溉方式为喷灌、冬小麦种植面积减少20%且全部改种为棉花。研究结果可为区域水资源管理和水资源高效利用提供参考。     

交替隔沟灌溉对玉米耗水规律及其产量的影响

针对黑龙江西部风沙土区多风少雨,春旱严重,粮食产量及作物水分利用效率低等实际问题,于2009年在黑龙江省杜蒙县进行了交替隔沟灌溉条件下的玉米耗水规律及其产量的试验研究,为当地节水农业的发展提供必要的理论与技术支撑。试验表明,玉米整个生育期内拔节—抽雄期耗水量最大,日耗水量在抽雄—灌浆期最大。交替隔沟灌溉在适宜的灌水量水平下,产量增加显著。本试验中产量最高时,生育期灌水定额分别为苗期325 m3/hm2、拔节期300 m3/hm2、灌浆期400 m3/hm2。各生育期耗水量分别为播种—苗期38.92 mm、苗期—拔节91.14 mm、拔节—抽穗100.00 mm、抽穗—灌浆65.49 mm、灌浆—乳熟53.28 mm、乳熟—收获33.35 mm。     

河套灌区套种模式下田间灌水有效性评价

针对河套灌区典型的套种模式以及地下水位较浅的情况,基于SPAC系统应用土壤水动力学理论定量分析了作物生育期内大气水、灌溉水、作物水、土壤水和地下水的相互转化关系。应用FAO推荐的Penman-Monteith法及双作物系数法,对小麦套种玉米、小麦套种向日葵模式的实际腾发量进行了计算。从动态观点出发,在时间尺度上考虑深层渗漏量和根系层储水量对作物的有效性,对灌区田间灌溉水的有效性进行了评价。结果表明:小麦套种玉米的实际腾发量为635.8 mm,小麦套种向日葵的实际腾发量为428.2 mm;小麦套种玉米灌溉水利用率为91.9%,小麦套种向日葵的灌水利用效率为88.4%。     

河北省地下水超采综合治理农业措施 压采效果与技术经济性分析

我国在河北开展地下水超采综合治理试点,为了掌握各项措施的实际压采效果与技术经济性,采用现场抽 水灌溉试验、入户走访调查等手段,通过治理区地块与非治理区地块治理前后地下水灌溉用水量的对比,分析总 结各项措施的压采效果与实施经验,并通过治理措施的投入成本与压采效果对比,研究剖析各项治理措施的技术 经济性。研究结果表明：治理措施较好地发挥了减少地下水开采的作用,种植结构调整措施和水源置换措施减少 地下水开采量超过 2?400?m3/hm2;高效节水灌溉措施、水源置换措施实施初期所需建设投资较大,导致单位压采量 所需投资较高,农业种植结构调整类措施实施初期的投资相对较低,但后期单位压采量所需投资逐年增加。从压 采效果、技术经济性、水源条件与超采类型及程度 4 个方面,对不同地区选择治理措施给出建议,为今后地下水 超采治理提供参考。     

气候变化对灌区农业需水量的影响研究

气候变暖不仅影响水资源量及其时空分布的变化,而且也会使农作物蒸发蒸腾量增加,从而加剧农业水资源供需矛盾。因此,研究气候变化对农业需水量的影响对保障农业用水安全具有重要的意义。本文利用陕西省宝鸡峡灌区11个气象站28 a的气象资料,分析了灌区气候变化特征;计算了主要作物需水量和农田灌溉需水量;利用单因素敏感性分析法研究了气候变化对农业需水量的影响。研究结果表明:灌区年平均气温显著上升,降水量持续下降,蒸发量明显增大,大部分地区相对湿度和风速显著下降,而日照时数有所增加;冬小麦、玉米、棉花和油菜生育期需水量明显增加;各气候因素对农田灌溉需水量影响顺序为:降水量>相对湿度>最高气温>日照时数>平均气温>风速,气温的上升、相对湿度的下降、降水量的减少以及日照时数的增大使作物需水量明显增大,而灌溉面积减小使农业需水量有减少的趋势。