农业节水灌溉尺度分析方法研究进展

在阐述节水灌溉尺度效应内涵和尺度效应存在原因的基础上,从数据获取途径、节水尺度效应描述方法和节水尺度转换方法等3个方面当前的发展进行了评述,并探讨了节水尺度分析方法的主要发展趋势。现有研究成果表明,试验监测、遥感和GIS技术是数据获取、分析的主要途径;不同尺度试验方法和数值模拟方法在一定程度上描述了水均衡要素的尺度效应以及作物与水、肥的响应关系;而分形理论、地质统计学和小波分析等非线性理论在尺度转换方面也有一些研究工作。针对目前研究情况,指出了大尺度上水循环描述和不同尺度间水均衡变量尺度转换等尺度分析方面的研究,是重点发展方向和主要研究内容。     

水文尺度问题

本文探讨了涉及水文学基础的水文尺度问题。针对微观、中观和宏观三个尺度范围,说明不同条件下水文模拟与再参数化特点以及它们之间联系的复杂性。对流域尺度问题,还侧重讨论了空间变异性、单元与系统关系等。目的是强调水文尺度问题的重要性和水文学研究的方法论。     

水文学的发展及其所面临的若干前沿科学问题

通过回顾水文学的发展史,指出客观上总是存在着两条相辅相成、互相促进、不断提高的水文学发展轨迹。通过归纳水文学已取得的主要学术成就,认为物理学的渗透和本构关系的揭示是水文学理论进步的重要条件。当今水文学面临的若干困惑,主要来自对其本构关系的研究相对薄弱,由此凝炼出水文学的前沿科学问题主要是:非线性问题、尺度转换问题、空间变异性问题、坡面流速问题、确定性与随机性互补问题、水文时间序列长期演变规律问题、“异参同效”问题、预测模型问题、时空探源问题和误差问题等。加强或重视对这些前沿科学问题的研究,将会有力地促进水文学的理论和应用水平不断提高。     

干旱区灌溉绿洲农业节水潜力形成机制与评估方法

农业节水潜力及其尺度效应是干旱区灌溉绿洲关心的焦点问题之一，对绿洲农业生产、水资源高效利用及生态健康至关重要。针对当前农业节水潜力计算及尺度效应形成机制不清等问题，本文明确了取水节水与耗水节水的概念及内涵，提出节水潜力问题不能忽略灌溉水外溢支撑的生态耗水及效益;从水循环视角解析了干旱灌溉绿洲农业灌溉水分在农田及农田之外的转化与消耗机制，分析了不同节水措施对水循环过程的影响机制，揭示了农业节水的尺度效应及其伴生生态系统响应背后的水循环机理;以此为理论基础，提出了不同环节、不同尺度农业节水潜力的计算方法，剖析了植株-田间-灌溉单元-绿洲不同尺度农业节水量的转化关系及转化项;最后提出了以植被健康、河湖稳定、水盐平衡为生态健康约束，基于水循环模型定量评价灌溉绿洲不同节水潜力的计算方法，能够为绿洲全局视角下科学评估农业节水潜力及影响提供新的思路和技术方法。     

现代灌溉水管理发展理念及改善策略研究综述

对现代灌溉水管理发展理念和改善策略的研究进展与趋势进行综述,探讨了有关的研究重点与内容.现有成果表明,研究探索诸如考虑农田排水或灌溉回归水再利用的灌溉效率、灌溉经济社会净收益极大化的经济效率以及灌溉用水尺度的水分生产率等灌溉水管理发展理念及其改善策略,对加强灌溉水管理、提高农业用水效率、确保食物安全、减少环境负效应、增加农业产出效益具有十分重要的意义和作用.鉴于灌溉效率、经济效率、水分生产率等指标具有明显的尺度效应,应在研究建立相应于各评价指标的尺度化特定表达式基础上,探索不同尺度特定表达式间可能存在的定量转换关系,实现相同评价指标下的尺度数量转换,为评价灌溉用水尺度效用、采用适宜于不同用水尺度的灌溉水管理策略提供科学的分析手段与定量方法.     

水文学前沿科学问题之我见

认为水文时间序列年际演变、降雨空间分布及动态变化、水文现象与下垫面的关系、优先流、坡面流、水文尺度转换、水文模型的"异参同效"、水文非线性等问题是当前面临的主要水文学前沿科学问题。论述这些问题的科学内涵、突破的可能切入点,以及对水文学进一步发展的推动作用。指出水文学的前沿科学问题应与时俱进。期待有更多的学者,尤其是青年学者来关心、发现、探讨水文学前沿科学问题。     

农业水文学中的节水灌溉技术探析

农业水文学,主要研究作物需水量、农业水资源、节水管理系统化、农田灌溉节水保墒技术和节水灌概技术等问题。本文主要简单介绍了节水灌溉技术,结合国内外农业节水灌溉技术的发展现状,总结了我国农田节水灌溉技术取得的成果,展望了我国节水灌溉新技术的发展趋势,并指出了在发展中面临的问题和应采取的对策。     

中小型灌区不同空间尺度的净灌溉水量估算

以抚顺市为例，从不同空间尺度上利用遥感解译—试验观测等技术计算遥感蒸散发量，并与净灌溉水量直接量测数据建立线性关系，结合相关系数确定误差最小的空间尺度，从而建立更有效、快速、准确的最优空间尺度下区域净灌溉水量估算方法。结果表明：在抚顺市、片区尺度上，遥感蒸散发量与净灌溉用水量存在显著线性关系；遥感测算结果及遥感蒸散发模型具有较高可信度和较强适用性，可以为科学管理农业水资源和最严格水资源管理考核提供一定参考。     

基于尺度分析的流域土壤侵蚀评估进展与探讨

在分析国内外有关研究成果的基础上，认为解决土壤侵蚀尺度推演问题，需要从尺度转换的角度出发，按照空间、时间和主导过程的差异，将土壤侵蚀细分为典型的几个尺度；按照典型性、代表性以及可尺度转换性分析并提出不同尺度上研究区域和表征指标的选择准则。基于这些准则，引入“3S”技术，对土壤侵蚀定量评估和不同尺度土壤侵蚀研究结果的推演和比较具有现实意义。     

流域尺度生态水文学研究进展及未来研究趋势

文章以流域尺度生态水文为研究对象,采用文献计量法和文献综述相结合,分析近年来流域尺度生态水文研究进展,了解流域尺度生态水文学的研究主题、研究热点及其前沿方向.研究表明:流域水循环过程中生态与水文相互作用,流域水利工程对生态水文影响,生态水资源问题等是研究流域尺度生态水文的关键因素,这些研究可以为后续水资源发张提供科学研...     

西南岩溶灌区水文特性及其模拟模型的构建

从岩溶水文和灌区水文两方面分析了西南岩溶灌区水文的特殊性和脆弱性。针对西南岩溶灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建岩溶灌区分布式水文模型。建立的岩溶灌区分布式水文模型主要添加了表层岩溶带水循环模块、岩溶地下河汇流过程,改进浅层岩溶水计算方法、稻田水分循环模块、渠系渗漏计算模块,增加塘堰的灌溉功能等,并介绍了模型的流域离散方法和水循环结构。岩溶灌区分布式水文模型的构建可为西南岩溶灌区水文特性及其对变化环境的响应等研究提供有效的工具和手段。     

Groundwater Doctrine and Water Withdrawals in the United States

Groundwater is a valuable natural resource which is directly related to food production, human and ecosystem health. In the US, 48% of irrigated agriculture relies on groundwater, but there is no systematic national program responsible for groundwater management. For this paper, each US state was classified based on its most prevalent groundwater doctrine: Absolute Ownership, Prior Appropriation, Reasonable Use, and Correlative Rights. The Köppen climate zone of each state, USGS runoff data and USGS county-level water use data from 1985 to 2015 were used to analyze how groundwater use varies with climate and groundwater doctrine. Semi-arid states, which all follow Prior Appropriation doctrine, have the highest average irrigation rate, while states following Reasonable Use doctrine have the lowest average rate, but the largest variability. Analysis of Covariance shows that in Prior Appropriation states, irrigation volume and area do not increase during warm, dry periods but in Absolute Ownership states irrigation volume does increase. Water use trend analysis shows that irrigated area and groundwater withdrawals have increased over the last 30 years in humid and temperate regions, while irrigated area has decreased in semi-arid regions. At the same time, irrigation rate and the fraction of irrigation coming from groundwater has increased everywhere, suggesting a potential shift in the preferred water source for irrigation. This data analysis will provide insights for future work on how water policy should respond to water scarcity in US.

     

浙江省大中型灌区灌溉用水管理现状及发展方向

通过对浙江省现状大中型灌区灌溉管理存在问题的分析，并结合国内外的最新研究成果，指出灌区灌溉用水管理的发展方向是灌区用水实时调度，而决策支持系统（DSS）可大大提高灌区用水的实时预测能力，从而提高灌区灌溉管理水平。     

灌溉用水有效利用系数尺度效应分析

指出灌溉用水有效利用系数尺度效应的含义,分析了灌溉用水有效利用系数随空间尺度加大而减少的规律及其原因;根据全国2006年各省测算数据分析,表明随灌区规模的增大,灌溉用水有效利用系数整体逐渐降低,呈现出明显的规律性。其中,大型灌区的灌溉用水有效利用系数变异程度最小,而小型灌区的变异程度最大;由于近年国家加大大型灌区节水改造与续建配套的投入,大中型灌区灌溉用水有效利用系数之间的差异越来越小,表明大型灌区节水改造投入已取得显著成效;漳河灌区2008年不同尺度测算结果表明．同一灌区随着空间尺度的减小,即灌区规模的减小,输水距离缩短,灌溉用水有效利用系数提高,符合一般规律。     

灌溉水中盐分对土壤结构性质及水流运动特征的影响

再生水和微咸水等用于农田灌溉对缓解农业用水紧缺、保证粮食稳产高产方面作用显著。但这些非常规灌溉水中的盐分进入受灌农田土壤会引起土壤结构性质的改变,进而引起入渗水流运动特征的变化,增大了农业灌水和施肥的管理难度及地下水受污染的风险。本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水盐分浓度(0、1.0、3.0和5.0 g/L)、灌水频率(1天1次、2天1次、4天1次)、含盐灌溉水-清水交替灌溉模式(纯清水灌溉、纯含盐灌溉水灌溉、含盐灌溉水-清水交替灌溉)对受灌土壤容重、团聚体结构稳定性、孔隙结构特征、地表入渗性能以及入渗水流运动非均匀特征的影响。结果表明,适度的盐分浓度、较低的灌水频率但较大的灌水定额、含盐灌溉水-清水交替灌溉均有利于提升土壤团聚体的稳定性、抑制土壤板结、改善受灌土壤的地表入渗性能、降低入渗水流运动的非均匀性。研究成果对再生水和微咸水农田灌溉制度设计具有参考价值。     

灌溉用水有效利用系数测算与分析

全国灌溉用水有效利用系数测算与分析采用点与面相结合、调查统计与观测分析相结合、微观研究与宏观分析评价相结合的方法。样点灌区采用首尾测算分析方法。在各省（自治区、直辖市）代表不同规模与类型（大、中、小型灌区和纯井灌区）的典型样点灌区分析的基础上,采用加权平均的方法得出不同规模与类型灌区和各省及全国灌溉用水有效利用系数平均值。样点灌区具有广泛的代表性,该成果可以作为灌溉用水效率宏观评价的依据。     

乐滩水库引水灌区二期工程灌溉规模合理性分析

利用水利经济学、运筹学原理,对乐滩水库引水灌区二期工程的灌溉面积和发展规模进行合理性分析,确定最优灌区规模及建设方案。     

A GIS Framework for Changing Cropping Pattern Under Different Climate Conditions and Irrigation Availability Scenarios

Irrigation water availability is a main driver which determines cropping patterns for an irrigation area. Irrigation water availability will potentially reduce due to changes in climate and irrigation extraction limits. Cropping patterns should be adjusted to meet this challenge. This study presents a new approach for assessing future cropping patterns using GIS in combination with an Irrigation Water Availability Simulation model (IWAS) at irrigation area scale. The IWAS-GIS framework was developed for analysis of cropping pattern options based on the forecast of irrigation water availability in 2030 for the Murrumbidgee Irrigation Area (MIA) which is one of the most important irrigation areas in Australia. Six scenarios considering climatic conditions and the irrigation availabilities were input into the IWAS-GIS framework to simulate cropping pattern changes corresponding to predicted monthly irrigation water availability. Cropping patterns were designed by integration of soil type and irrigation water availability to improve irrigation sustainability. Simulations results indicate that the total irrigated areas will likely decrease with drier climate and less irrigation availability. Rice and pasture areas change significantly when climate and irrigation availability varies. Under the same climate condition, horticulture area increases when irrigation availability decrease. The percentage of lands which are unsuitable for cropping has reduced with the drying climate and shrinking irrigation availability. The IWAS-GIS is simple to implement and provides an easy way for assessing spatial cropping pattern changes based on irrigation water availability. This framework was developed to help irrigators plan cropping patterns corresponding to irrigation water availability. It is flexible to be adopted for similar applications in other irrigation areas.     

Characteristics of indicator microorganisms in paddy rice plots after reclaimed water irrigation.

A study was performed to examine the effects of reclaimed-water irrigation on microorganism concentration in the ponded-water of paddy rice plots. Several treatments were used and each one was triplicated to evaluate the change of indicator microorganisms (total coliforms (TC), faecal coliforms (FC), and E. coli) concentrations in 2003 and 2004 growing seasons. Their concentrations increased significantly after irrigation, but decreased by approximately 45% in 24 h. It implies that agricultural activities such as ploughing and fertilising need to be practiced one or two days after irrigation, considering health risks. Treatments with UV-disinfected water irrigation, demonstrated significantly lower concentrations than others, including control plots where natural water was irrigated. The monitoring result from actual paddy rice fields and experimental paddy plots showed that concentrations of indicator microorganisms ranged from 10(2) to 10(5) MPN/100 mL. The field scale water reuse research project is in progress and national guidelines for reclaimed-water irrigation are under preparation in Korea. A comprehensive assessment of existing agricultural practices and a thorough monitoring in the fields as well as treatment plots are recommended to make national guidelines more representative.