不同潜水埋深条件下的农田土壤水分动态试验研究

不同潜水埋深下玉米田土壤水分动态表现为:该区玉米田土壤水分的季节性变化可划分为3个阶段:春季缓慢失墒期(4~6月)、雨季干湿交替期(7~8月)、稳墒恢复期(9月)。地下水埋深愈浅,相同层次土壤含水率愈高。当地下水埋深较大时,0.6m以下土层含水率呈现明显的分层分布状态,表层受地下水补给的水量已大大减小,其降低的程度主要与各层次土壤的持水特性有关。     

水稻控制灌溉技术的地下水指标的研究

1 引言 推广水稻控制灌溉技术的关键,是及时、准确地获取土壤水分指标。本文通过对水稻根层土壤水分与地下水埋深关系的研究以及返青后水稻生长的适宜地下水埋深的探讨,导出了水稻各生育期灌水下限的地下水埋深指标。在推广水稻控制灌溉技术过程中,用地下水埋深指标代替土壤水分指标的方法简单、直观,群众易于掌握。2 试验概况 试验采取点面结合,试验和调查     

皖北杨楼流域玉米农田土壤水变化特征及驱动因子研究

为研究皖北平原北部黄潮土在玉米不同生长期内土壤水分变化特征,选取杨楼流域为研究对象,利用2010-2018年0～50 cm深度土壤水数据,结合同期地下水埋深、前期无降雨日数、水面蒸发和降雨量进行相关性分析,利用增强回归分析算法确定不同驱动因子对土壤水变化的相对贡献。结果表明：在玉米整个生长期内,随着土层深度的增加,土壤含水率减小。按变异系数可划分为2个典型土层,即活跃层(深度0～10 cm)和次活跃层(深度10～50 cm)。土壤水与水面蒸发、地下水埋深和前期无降雨日数呈显著负相关,与降雨量呈显著正相关关系。前期无降雨日数对土壤含水率的相对贡献率最大,为42.6%,其次是地下水埋深,为20.9%,作物生长期对土壤含水率的相对贡献率最小,为7.3%。该研究对了解土壤水分变化、农业水管理及水分利用率等有重要意义。     

河套平原次生盐渍化地区地下水动态调控模拟研究

在盐荒地野外水盐运移试验的基础上,建立了基于饱和-非饱和带的土壤水盐运移模型,以地下水埋深为调控关键因子,利用HYDRUS软件模拟了河套灌区荒地不同时段的不同控制地下水埋深条件下包气带水盐变化规律。通过模型反算,定量确定了不同时段防治盐渍化的地下水埋深临界值。模拟结果:在年内2~3次灌溉淋滤的条件下,3月-6月份(春融返盐期)控制地下水埋深大于2.4~2.7 m,7月初-9月初,控制地下水埋深大于1.8~2.1 m,9月中旬-11月中旬(秋浇积盐期),控制地下水埋深大于1.5~1.8 m,11月下旬-3月上旬(冬封期)控制地下水埋深大于2.0~2.3 m可使0~50 cm土层的全盐量基本小于0.2%,处于非盐渍化状态。研究结果可为河套平原次生盐渍化区水盐运移调控和盐渍化改良提供借鉴和依据,具有重要理论和应用意义。     

毛管埋深和土壤层状质地对地下滴灌番茄根区水氨动态和根系分布的影响

通过2年日光温室滴灌施肥灌溉试验,探讨毛管埋深和土壤层状质地对根区土壤水分、NO3(-)-N和番茄根系分布的影响,为地下滴灌的设计和运行提供依据.毛管埋深取0、15和30cm三个水平,设置0、150和225kgN/hm(2)三个施氮量水平,3种土壤包括均质壤土(L)、上砂下壤土壤(SL)和壤土中有砂土夹层土壤(LSL).研究结果表明,番茄生育期内根区平均土壤含水率和根长密度在0～20cm土层中随毛管埋深的增加而降低,在20～70em土层中随毛管埋深的增加而增大.地下滴灌土壤NO3(-)-N含量在0～20cm土层中较地表滴灌有所增加.毛管埋深对番茄总根长密度影响不显著,而最大根长密度随毛管埋深增加而降低,且出现的土层变深.层状土壤质地对土壤水分、NO3(-)-N和番茄根系在土壤剖面上的分布影响较大,与均质壤土处理相比,LSL处理0～20cm土层土壤含水率降低18%,NO3(-)-N含量降低23%.根长密度增加44%,土壤剖面上总根长密度与均质壤土处理相当;SL处理0～20cm土层土壤含水率降低28%,NO3(-)-N含量降低55%,根长密度降低35%,土壤剖面上总根长密度较均质壤土处理降低37%,因此在上粗下细层状土壤中应慎用地下滴灌.     

基于SWAP模型的河套灌区向日葵农田土壤水盐通量模拟

为了探究河套灌区节水实施现状条件下农田土壤水盐动态变化规律,利用向日葵田间试验观测资料,对SWAP模型进行参数率定和验证,并利用该模型模拟向日葵生长条件下0～100 cm土层土壤水盐通量及水盐平衡状况。研究结果表明：在灌溉阶段,向日葵根系层土壤水分主要向下渗漏,水分通量和盐分通量为负,土壤盐分被淋洗;在非灌溉阶段,地下水向上补给向日葵根系层土壤,水分通量和盐分通量为正,根系层土壤积盐。2019、2020年模拟期间水分通量累计量分别为52.5、60.6 mm,盐分通量累计量分别为-4.5、-4.9 mg/cm²,0～100 cm土层土壤盐分通量分别增加了7.5、7.1 mg/cm²。向日葵现状灌溉条件下0～100 cm土层土壤积盐,可能产生土壤次生盐碱化的风险,向日葵生育期结束后需要进行秋浇淋洗盐分来保证下一年度向日葵的正常生长。     

水源热泵影响下地下水温度主控因素关联度分析

为研究地下水源热泵长期影响下,地下水温度主控因素的变化特征,选择安阳市第五人民医院为研究区,将地下水温度作为典型的灰色系统进行研究,采用灰色关联度的计算方法进行地下水温度、地下水位埋深、气温、降水量以及回水井水温之间的关联度分析,获取地下水温变化的主控因素。研究结果表明:在不受水源热泵影响时,地下水位埋深是地下水温度的主控因素。在水源热泵影响下,地下水温受气温、降水量、地下水位埋深和回水井水温的共同影响:在垂向上,回水井水温对监测井水温的影响程度随着深度的增大而逐渐降低,地下水温度的主控因素由回水井水温转变为地下水位埋深,在水平方向上,回水井水温对监测井水温的影响程度随着距离的增大而逐渐减小,地下水温度的主控因素由回水井水温转变为气温和地下水位埋深。     

松辽平原浅层地下水降落漏斗演变及控制因素分析

通过收集分析松辽平原潜水埋深监测资料,选取典型潜水监测站,基于监测站2005—2015年历年水文要素数据,结合全国水资源公报,分析松辽平原2005、2015年潜水埋深演变特征并确定研究区浅层地下水变化的主要控制因素。研究表明:①松辽平原浅层地下水降深中心位于吉林省松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县,埋深已达48 m,埋深大于10 m的区域面积占全区总面积的64.74%,与2005年相比,2015年埋深大于10 m的区域面积增加1.95万km~2;②通过对2005—2015年这11 a降水量和地下水开采量的变化分析,发现地下水位下降与人类开采地下水和降水量减少密切相关,通过采用灰色关联度计算分析可知人工开采是影响松辽平原潜水埋深变化的主导因子。     

三江低平原地下水控制水位的研究

由于大面积高强度抽取地下水种植水稻,三江低平原区的地下水是否超载引起了争论。通过对地下水管理政策与理论的研究,发现合理的控制水位阈值是判定地下水超载的简单方法。通过研究水泵特性和三江低平原区地下水位历史变化趋势,决定用水泵安装高度与历史水位相结合的方法,建立三江低平原区地下水控制水位的阈值。结果为:上限控制水位,Hu=3. 0m(埋深);下限控制水位,Ⅰ区,潜水区或黏性土层厚度Hu=3. 0m的弱承压水区,H1d=6. 0m(埋深);Ⅱ区,黏性土层厚度 3. 0m的弱承压水区,H2d=10. 0m(埋深)。同时,给出了增加地下水的3类工程:排水沟、工程化小河流和抽取过境水。     

新疆恰拉水库下游土壤水盐运移数值模拟

以新疆尉犁县恰拉水库下游荒地为研究对象,分析荒地土壤水盐的运移机理.根据野外监测资料和室内数据的机理分析,选取典型剖面进行土壤水盐运移规律模拟,并在此基础上运用数值模拟对土壤剖面水盐分布及不同地下水因素进行了预测.模拟结果表明:在强烈的蒸发条件下,土壤盐分在0～20cm表土层内积累最为明显;在不同地下水环境值预测中,地下水埋深在1.8m时全年积盐期0～40cm土层平均含盐量17.03g/L,较3.5m地下水埋深14.78g/L高15.22％;40g/L的地下水矿化度水在全年的积盐期0～80cm土层平均含盐量6.35g/L,比5g/L处理5.86g/L高8.36％.增大地下水埋深和降低地下水矿化度值,以减少土壤中的积盐量.     

青海省鱼卡-大柴旦盆地绿洲地下水位埋深遥感反演

以卫星遥感数据获得鱼卡-大柴旦盆地绿洲地下水位分布状况,利用TM8数据获得归一化植被指数NDVI,利用大气传输方程法反演地表温度TS,构成TS-NDVI特征空间,计算得到温度植被干旱指数TVDI对研究区表层土壤含水量进行估算。干旱区土壤水依赖于地下水,利用表层土壤含水量和TVDI与地下水位埋深的经验方程得到研究区地下水位埋深分布图并进行实地验证。结果表明:研究结果符合实际,用土壤含水量和TVDI反演得到的地下水位埋深与实测地下水位埋深之间的相关系数分别为0.83和0.765。     

An Empirical Assessment of On-Farm Water Productivity using Groundwater in a Semi-Arid Indian Watershed

Realistic estimation of irrigation volume applied to any crop at farm level generally requires information on event based discharge rates and corresponding periods of irrigation application. Use of mean seasonal discharge rates leads to erroneous estimation of volume due to unaccounted seasonal fluctuations in the water table, upon which the discharge rate of tube well is dependent. In the absence of such information, an alternative approach of estimating farm level water application based upon water table fluctuation data has been adopted in this study. The total actual water extracted during each irrigation event from the watershed was distributed among the farms irrigating crops in proportion to the product of irrigation time and the pump capacity (h_p). Volume of water withdrawal concurrent to an irrigation event was computed based on the water level fluctuations in the wells in conjunction with potential recharge contribution from the surface storage structures to the groundwater aquifer. A production function approach was used to estimate the marginal productivity of water for selected crops at various stages of plant growth. Water, as an input in the production function, encompassed either in-situ soil moisture storage from rainfall or irrigation from groundwater or both. The inter-season as well as intra-season groundwater use, and the consequent groundwater withdrawals were analyzed based on the marginal value and output elasticity of water at different crop growth stages during the season. The cotton crop realized marginal value product of water, ranging from Rs. 1.03/m³ to Rs. 10.43/m³ at different crop growth stages in cotton. Castor crop had the marginal value product ranging from Rs. 2.89/m³ to Rs. 6.81/m³. The availability and use of water, including soil moisture, in the two seasons, coupled with the local harvest prices received, yielded the differential marginal values of water.     

Simulation of maize drought degree in Xi'an City based on cusp catastrophe model

Drought generally has significant impacts on crops. It is essential to quantitatively evaluate the relationship between crop production and drought degree to provide technical support for drought disaster prevention. In this study, a drought degree index that can reflect the changes in precipitation, evapotranspiration, and soil moisture was developed on the basis of crop yield reduction rate. Four drought scenarios were set up to simulate the effects of meteorological drought on drought degree of crops at different growth stages. A cusp catastrophe model was constructed to analyze the mutation characteristics of the drought degree of maize at different growth stages under different meteorological drought conditions. Xi'an City in China was selected as the study area, and summer maize was selected as the research crop. Precipitation and crop yield data from 1951 to 2010 were used as the fundamental data to investigate drought degree mutation of summer maize. The results show that, under the meteorological drought conditions at the emergence-jointing stage, drought degree may change abruptly, and soil moisture content at the sowingemergence, jointing-tasseling, and tasseling-mature stages should be kept higher than 39%.     

基于遗传优化神经网络的多源遥感数据反演土壤水分

为快速反演较高精度土壤水分,提出用遗传算法优化后的神经网络辅以多源遥感数据的方法进行地表土壤水分反演。首先建立4层神经网络并用遗传算法优化此网络,之后以雷达数据不同极化(VV、VH、VH/VV)的后向散射系数、雷达入射角、光学数据的归一化植被指数(NDVI)、以及高程数据作为网络的输入,土壤水分数据为输出,对网络进行训练与仿真,再运用地表实际测量数据与反演数据做对比验证。结果表明:反演结果与实际测量数据相关性良好,R2可达0. 79。采用遗传算法对神经网络优化的土壤水分反演方法可行,且添加光学数据等辅助数据后土壤水分反演效果更优,为多源遥感土壤水分的协同反演研究提供新思路。     

Comparison of soil moisture at different depths for drought monitoring based on improved soil moisture anomaly percentage index

To better understand the characteristics and mechanisms of droughts at different drought stages, this study selected the Xiangjiang River Basin in China as the study area, and evaluated soil moisture (SM) at different depths for drought monitoring, through SM data simulated with the variable infiltration capacity (VIC) model. To solve the problem of unreasonable drought/wetness classifications based on the soil moisture anomaly percentage index (SMAPI), an improved soil moisture anomaly percentage index (ISMAPI) was developed by introducing the Box–Cox transformation. The drought/wetness frequency generated by ISMAPI demonstrated preferable spatial comparability in comparison with those from SMAPI. The lag time of ISMAPI relative to the standardized precipitation evapotranspiration index was closely related to soil depth, and was characterized by a fast response in shallow soil layers and a relatively slow response in deep soil layers. SM in shallow soil layers provided a measure for monitoring short-term droughts, whereas SM in deep soil layers provided a better measure for long-term persistent drought events. Furthermore, the occurrence and mitigation time of drought events identified by SM in deep soil layers usually lagged behind that identified by SM in shallow soil layers. Compared with deep SM, SM in shallow soil layers responded faster to meteorological anomalies, thereby resulting in shorter periods of SM persistence in shallow soil layers than in deep soil layers. This can explain the differences of SM at different depths in drought monitoring.     

土壤水分对玉米蒸腾特性的影响

针对干旱半干旱地区的农业用水短缺问题,以节水灌溉及水资源的合理利用为目标,利用包裹式茎流计对甘肃省会宁县玉米的蒸腾进行连续观测,并同步监测玉米地不同埋深下的土壤水势、土壤含水率及周围气象因子,研究土壤水分对玉米蒸腾特性的影响。结果显示:(1)在不同天气条件下,玉米蒸腾速率的日变化情况大致相同,均呈"几"字型的变化曲线。(2)不同埋深下土壤水势及含水率的日变化幅度不大,均呈缓慢下降趋势。土壤水势及含水量在晴天的变化情况比阴雨天的对称性更好;7月至8月,气温升高,玉米蒸腾耗水增加,土壤水势及含水率逐渐下降,20 cm深处的土壤水势变化幅度最大;20～30 cm深处的土壤水势与蒸腾速率的相关性稍好于10～20 cm深处的土壤水势与蒸腾速率的关系,这主要跟玉米的根系分布有关;各埋深下土壤水势与玉米蒸腾累积量的相关性都呈极显著正相关;30 cm埋深处土壤水分对蒸腾作用的影响比5 cm深处土壤水分对蒸腾作用的影响大。(3)对比发现蒸腾速率与土壤水势的相关性比与土壤含水率的好。结果表明,土壤水分是影响玉米蒸腾耗水差异的重要原因。     

2000—2014年塔里木河下游地下水补给量及合理需求量

以塔里木河下游为研究区,以区域内9个固定监测断面为基础,依据断面内各个地下水监测井,收集了输水前和第15次输水后的地下水位数据,结合土壤饱和差计算方法,分析了第15次输水后的地下水补给量,并联系植被生长所需的合理水位探讨了地下水到达合理水位所需的水量,以期评价生态输水的阶段性效果,为调整生态输水方案提供理论参考。结果表明:(1)生态输水前地下水埋深在6~13 m之间,第15次生态输水后,地下水最大升高幅度达到8.26 m;(2)第15次生态输水后,塔里木河下游地下水补给量约为20.44亿m3;(3)为使地下水达到植被生长所需适宜水位,塔里木河下游地下水的合理需求量约为24.08亿m3。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限,一般很少超过4m,由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位;而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现,这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见,塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水,在甘肃正宁县建立了一个监测站,通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计,对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测,同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层,土壤水分具有周年的背景变化趋势,该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时,水分仅在表层循环,对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时,才会引起土壤含水率骤增,降雨量越大,土壤含水率增幅越大,影响深度越大,随着深度增加,增幅减小,时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m,2m以下的非饱和黄土中,水分以非饱和渗流或水汽形式迁移,水汽迁移量很小,但不可忽视,当遇到透水性差的古土壤层时,会在其顶部富集,长期作用则可能形成软弱带,诱发黄土滑坡。     

Fuzzy Stress-based Modeling for Probabilistic Irrigation Planning Using Copula-NSPSO

Hydrological uncertainties are the main components of a sustainable framework in agricultural water management. Prediction of drought as a meteorological phenomenon should be considered to define the groundwater exploitation strategies. This study was conducted to develop a multiobjective-bivariate structure for reducing the soil moisture deficit and groundwater withdrawal in the Qazvin Irrigation District, Qazvin province, Iran. Therefore, non-dominated sorting theory, self-organizing particle swarm optimization and bivariate copula functions were incorporated under fuzzy uncertainty analysis. The results showed that the generalized extreme values and log-normal distribution functions had the best fitness on the drought peak and severity with Kolmogorov Smirnov amounts of 0.08 and 0.17, respectively. Furthermore, the goodness-of-fit tests were indicated the Joe joint function (MLE = 11) is the appropriate function for estimating the probabilistic values of drought characteristics. Proposed plans were to increase the water use efficiency for improving the expected yield production by an average of 20%. Furthermore, the standardized groundwater index was decreased from 1.1 to –4.3 for winter crops.