灌排系统水转化模拟模型研究

受自然与人为因素综合影响,灌区水转化过程复杂多变。以湖北漳河水库灌区为例,分别从水平和垂直方向描述典型灌排系统的水转化过程,以水量平衡原理为基础,研发灌排系统边界处置、稻作区田间多层土壤、塘坝及排水沟道之间多个水转化模拟子模块,由此构建一种客观描述灌排系统边界半封闭结构及其水平输送、垂直运动与渠-田-沟-塘水转化过程的耦合模拟模型,解决了应用流域分布式水文模型求解灌区水转化过程中面临的灌区边界不确定、分层土壤简化处理等问题。利用漳河灌区谭店灌排系统2014-2015年水平衡测试观测数据对该模型进行检验,采用拉丁超立方抽样法对模型参数进行分层抽样,并利用偏相关法分析参数敏感性。通过模型计算可得,支沟率定期和验证期模拟结果的复相关系数分别为0.83、0.70,Ens系数分别为0.81、0.68,斗沟率定期和验证期模拟结果的复相关系数分别为0.79、0.68,Ens系数分别为0.73、0.62,结果表明该模型适用于灌排系统水转化过程模拟。与SWAT模型对比,对于同一研究区域,复相关系数由0.11提高到0.73,Ens系数由-0.71提高到0.70,进一步验证了该模型的先进性,为灌排系统尺度水转化模拟和机制研究提供了新方法。     

灌区地表水—地下水耦合模型的构建

为了定量描述灌区水平衡要素及其转化关系,构建了灌区地表水-地下水分布式模拟耦合模型。通过改进SWAT模型的稻田及旱作物水分循环、蒸发蒸腾量和渠系渗漏计算等模块,建立了灌区地表水分布式模拟模型;以SWAT模型中的水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型中的有限差分网格(cells)作为基本交换单元,将改进SWAT模型的地下水补给量计算值加载到MODFLOW模型的地下水补给模块,实现了灌区地表水-地下水分布式模拟模型的耦合。耦合模型在柳园口灌区的应用结果表明,该模型能够准确模拟和预测灌区地表水和地下水的动态变化,为灌区水管理提供了科学依据。     

位山灌区四水转化模型模拟研究

四水转化模型是认识区域水资源转化消耗规律的重要工具.根据半干旱半湿润区特点对四水转化模型进行改进后应用于位山灌区,得到了地下水实测值的验证.2000年模拟结果表明:降水与引黄是位山灌区的主要水源,水资源供给相对丰富;不同情景下渠系水利用系数对整个灌区的水量平衡影响不显著,地下水开采的增加有助于保证农作物供水,同时引起地下水位下降;引黄水量的减少引起地下水位下降并影响农作物供水.     

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。     

沟(河)水利用对宁夏惠农渠灌区水均衡影响的模拟分析

近年来宁夏惠农渠引水量减小,灌溉缺口增大,从排水沟道和黄河提水补充灌溉成为多水源利用的重要模式,但目前对沟(河)水利用对灌区水均衡影响的认识并不清晰。本文利用平原绿洲散耗型水文模型对惠农渠灌区2007—2011年水均衡进行模拟,分析了沟(河)水利用对水均衡的影响。研究区水平衡受引黄河水、降水、沟(河)水和地下水等多种水源的影响,在以水稻为主的上游地区和引水相对困难的下游地区,沟(河)水占灌溉地总补给水量的比例超过30%。以位于上游的第二管理所和位于下游的第七管理所为例,如不利用沟(河)水灌溉,模拟得到的两个分区作物蒸散发量分别减少12.6%和7.7%,且主要发生在6—8月。对于利用50%现状沟(河)水和不利用沟(河)水两种情景,模拟得到的2011年第二管理所灌溉地平均地下水埋深分别下降0.25 m和0.54 m,而第七管理所灌溉地平均地下水埋深分别下降0.22 m和0.50 m。沟(河)水利用对于惠农渠灌区作物耗水具有重要作用,也与地下水等其它水源存在相互转化。本研究可以为惠农渠灌区的多水源综合利用和配置提供科学依据。     

浙江红壤区水分条件对冬小麦生长的动态耦合模拟

本文讨论了土壤水分运动与作物生长动态耦合模型的建立方法.经与试验结果比较，验证了土壤水分运动和作物生长动态耦合模型对冬小麦生长过程模拟的可靠性，分析了模型中有关作物旱害和渍害耦合参数的灵敏性.应用该模型对南方多雨地区冬小麦生长进行的分析。     

基于SWAT的灌区分布式水文模型——Ⅰ.模型构建的原理与方法

针对中国南方丘陵水稻灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建了灌区分布式水文模型,改进了SWAT的灌溉水运动模块、稻田水分循环模块、稻田水量平衡各要素和产量模拟的计算方法,改变了陆面水文过程的计算结构,增加了渠系渗漏模拟模块及其对地下水的补给作用、塘堰的灌溉模块等。以湖北省漳河灌区内的一个闭合小流域为例,对构建的灌区分布式水文模型进行校正和验证,模拟结果显示,该模型适合于水稻灌区水分循环的模拟。     

基于四水转化的灌区耗水量计算模型

针对以往灌区耗水量计算方法的不足和灌区水循环机制的特点,本文建立了基于四水(即大气水、地表水、地下水和土壤水)转化的灌区耗水量计算模型。该模型把灌区划分为农田、林草地、荒地、湖泊湿地和城镇用地五类水均衡模块,重点考虑了人类活动对灌区农业、工业、生活和生态耗水量的影响。以宁夏青铜峡引黄灌区为例,详细计算了各种耗水类型的耗水总量和耗用的黄河水总量,并定量分析了各水均衡要素间的相互转化关系。模拟计算结果与试验观测结果对比分析表明,该模型在平原灌区具有较好的模拟精度,能够应用于生产实践。     

基于四水转化的灌区耗水量计算模型研究

针对以往灌区耗水量计算方法的不足和灌区水循环机制的特点,建立了基于四水(大气水、地表水、土壤水、地下水)转化的灌区耗水量计算模型。该模型考虑了灌区来水在不同介质之间的转化与消耗,并重点考虑引水灌溉、地下水开采、工业生活排污等对灌区农业、工业、生活和生态耗水量的影响,把灌区划分为农田、林草地、荒地、湖泊湿地和城乡居工地5类水均衡模块,各模块间通过地表渠系、排水沟、地下水侧渗进行水量交换。应用该模型可计算灌区各耗水类型的耗水量,并能对灌区各水均衡模块之间的水量交换进行分析计算。     

和田绿洲墨玉灌区水分转化分析

将干旱区平原绿洲散耗型水文模型应用到和田绿洲墨玉灌区，对该灌区1996-2003年的水分运动与转化进行模拟演算，结果表明：引起区域生态环境质量降低的主要原因是水的不合理开发利用模式，因此，改革现行的水资源配置与管理方式势在必行。     

EFFECT OF GROUNDWATER TABLE CONTROL ON WATER SAVING IRRIGATION STRATEGIES IN THE QINGTONGXIA IRRIGATION DISTRICT

This paper focuses on the analysis of the effects of groundwater table control under different irrigation water amounts on the water and salinity balance and on crop yield. Two experimental areas, the Pingluo and Huinong experimental sites, were selected to collect the required data. The agro-hydrological model Soil Water-Atmosphere-Plant (SWAP) was used to analyse the water flows and salt transport processes for different groundwater levels and irrigation scenarios. Six scenarios, which resulted from different groundwater table regimes combined with different irrigation amounts, were simulated. The results show that high groundwater tables due to the excessive irrigation are the main cause of the large amount of drainage water and low crop yield;reducing irrigation water without a lower groundwater table will not lead Io a large reduction of the drainage water, and will reduce the crop yield even more; to lower the groundwater table is a good measure to control the drainage water and increase crop yield.     

基于贝叶斯模式平均与区间二型模糊集的分区灌溉方法

为解决松嫩平原水稻灌溉水需求不断增长与地下水资源可持续利用之间的矛盾,实现节水控采目标,本文以松嫩平原北部和平灌区水稻种植区为例,通过2017—2019年降雨-地下水-产量动态监测试验,揭示灌域尺度地下水时空变化规律;采用聚类分析与空间叠加分析提出了基于地下水埋深的分区方法,确定研究区的地下水埋深分区界限;根据地下水埋深分区结果,采用贝叶斯模式平均(Bayesian Model Averaging,BMA)方法,融合AquaCrop、Jensen模型,进行平、枯水年各分区灌溉情景的产量模拟,提高了地下水埋深分区条件下的产量模拟精度。引入风险偏好因子刻画决策者的风险态度,基于区间二型模糊集(IT2FS)理论对各地下水埋深区域的灌溉制度进行综合评价,利用有序加权平均算子(Ordered Weighted Averaging,OWA)集结综合评价值,提出了不同地下水埋深区域水稻种植的优化灌溉制度。结果表明:研究区地下水埋深分区界限为1.5 m;采用BMA方法有利于提高地下水埋深分区条件下的产量模拟精度,与实测产量相关性系数超过0.95;分区灌溉模式下各区产量-灌水量响应规律存在差异,但与现行灌溉制度相比,分区灌溉能减少稻田灌水量15%～37.6%,减少地下水开采量12%以上。     

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。     

内蒙古河套灌区局部秋浇条件下农田水盐运动特征分析

针对河套灌区局部秋浇条件下田间水盐运动的特殊性,选取典型试验区对其进行研究。结果表明:与全面灌溉相比,灌溉区地下水位在局部灌溉后回落更为迅速,灌溉可以达到很好的洗盐保墒效果;而非灌溉区则部分承泄了灌溉区的排水,地下水位和地下水含盐量都显著升高,尽管在灌溉结束后其地下水位会随着排水过程而相应回落,但在其上涨过程中却促使盐分向上层土壤运动,从而增加土壤剖面的含盐量。分析还进一步表明,局部灌溉条件下,非灌溉区水盐运动所受影响在一定程度上取决于灌溉面积所占整个区域的比重。     

紫鹊界古梯田原生态自流灌溉机理研究

为揭示紫鹊界古梯田原生态自流灌溉机理,开展了水文气象观测、水文地质勘探、地下水位动态监测等调研工作。根据观测成果,提出了古梯田区域"等坡位地下蓄水库"及双线性自主调蓄理论,并据此建立了古梯田原生态自流灌溉水循环平衡计算模型。应用该模型对比模拟计算了古梯田原生态自流灌溉区域及周边人工灌溉区域水稻生育期灌溉水供需平衡过程、灌溉保证率,计算结果与实际情况高度吻合,深刻揭示了古梯田区域原生态自流灌溉机理。研究成果对我国其他古梯田开发利用与保护具有重要的指导意义,对坡耕地开发也具有重要的参考价值。     

水温模拟模型在井灌水稻区晒水池中的应用

文章在分析了井水灌溉水稻容易发生冷水害及其防治措施的基础上,运用灰色系统理论中的GM(0,h)模型,建立了井灌水稻区晒水池内的水温模拟模型GM(0,2),并利用GM(1,2)作对照,结果表明该模型模拟精度为1级,为井灌区晒水池内的水温模拟提供了新的思路。     

气候变化和灌溉方式对稻田需水量的影响

气候变化改变了水稻的耗水过程和灌溉需水。基于高邮灌区历史气象资料(1955—2013年),利用稻田水量平衡和MK检验方法,分析了不同灌溉模式下稻田耗水与灌溉需水量的变化。结果表明:高邮灌区水稻全生育期积温随时间序列显著增加,而降雨量略有减少,但趋势不明显;不同灌溉模式下水稻需水量ET_c和渗漏量均随时间序列缓慢增加;节水灌溉模式能有效降低稻田耗水量;节水灌溉稻田灌溉需水量随时间序列缓慢降低,而常规灌溉稻田呈增加趋势,但趋势均不明显;节水灌溉模式能够有效降低稻田灌溉需水量,提高降雨利用率。因此,节水灌溉能够有效缓解气候变化给水稻种植带来的不利影响,是变化环境下灌区可持续发展的重要技术措施。