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。     

恒定水头井入渗Green-Ampt 模型的改进与验证

在假定恒定水头井入渗近似为以井内积水表面积为入渗面的一维入渗基础上,用湿润体内平均体积含水率增量代替Green-Ampt活塞模型中的饱和含水率与初始含水率差值。用入渗率和累积入渗量倒数的线性关系间接推求Green-Ampt模型中的参数,用湿润锋平均基质吸力和土壤饱和导水率。从而建立了适用于恒定水头井入渗的Green-Ampt模型。同时根据体积等效原理,定义了三维入渗中难以直接测定的概化湿润锋深度。经3种类型土壤的室内试验检验,表明该模型具有较好的精度,能精确地计算不同累积入渗量时的湿润体体积。     

基于GPR、CatBoost、XGBoost三种模型预测江西地区水面蒸发量

水面蒸发量是水资源规划与管理、农业灌溉设计和水文模拟等方面的基础数据,它是水量平衡计算中的关键要素。为了提高水面蒸发量的预测精度,选用了3种经验模型和3种学习机模型预测江西地区水面蒸发量,3种学习机模型包括GPR模型、XGBoost模型和CatBoost模型。依据江西地区2001-2015年16个气象站的逐日气象资料,如最高(低)气温、全球太阳辐射、地外太阳辐射、相对湿度和风速,构建10种不同的输入参数,通过对4种统计指标（R²、RMSE、MBE、MAE）的大小进行评估来评价模型的模拟精度。结果表明：当气象资料充足时,推荐CatBoost 10模型为江西地区水面蒸发量的预测模型,该模型在验证期的R²、RMSE、MBE、MAE值分别为0.744、0.842、0.006、0.633 mm/d;在输入组合相同的条件下,3种学习机模型的模拟精度均优于相应的经验模型。通过研究对比提高了江西地区水面蒸发量模型预测的精度。     

扩展CUPID 模型模拟喷灌水利用率

灌溉水利用率是干旱和半干旱地区适宜灌溉技术选择的重要依据。该研究以描述土壤-植物-大气连续体能量和水量平衡过程的CUPID模型为基础,提出了考虑喷灌对田间小气候影响的喷灌水利用率模拟模型,定义了模型应用时间段,并对模拟值相对误差进行了评估。结果表明,喷灌蒸发损失对大气温度和湿度的调节作用持续时间与灌溉时间有关,喷灌水利用率模型应用时间段应以大气温度和湿度均恢复到无灌溉区水平为标准。与波文比能量平衡法计算的喷灌水利用率相比,该模型计算的喷灌水利用率相对误差在6.0%以内,可作为评估喷灌水利用率的有效工具。     

水汽平衡法测定水稳定同位素的影响因素

水汽平衡法是近年来发展的测定土壤/植物水稳定同位素(²H,¹⁸O)的新方法,但由于以往研究存在容器气密性差、样品量不足等问题,降低了该方法测定水稳定同位素的适用范围。本研究以两种不同封口的玻璃顶空瓶、两种塑料袋和两种铝袋为容器,对纯水样在8种储存时间(0.5 d, 1 d,…,30 d),2种背景水汽浓度(0 ppmv, 28 000 ppmv)下进行水稳定同位素测定,探究容器气密性、背景水汽浓度和样品量对测定结果的影响,并在最优条件下与真空蒸馏法对比,验证该方法测定土壤水稳定同位素的适用性。研究结果可对水汽平衡法测定土壤水同位素时容器与样品量的选择提供参考。     

基于RHESSys模型的延河流域水文要素定量模拟

为量化气候变化和土地利用变化对水文过程的影响,引入RHESSys(regional hydro-ecological simulation system)模型对退耕还林（草）工程实施前（P1时期）和实施后（P2和P3时期）的延河流域水文要素（蒸散发、径流和土壤水）进行模拟,并基于不同模拟情景量化土地利用变化和气候变化对不同水文要素的影响。结果表明：退耕还林（草）工程实施后,延河流域蒸散发量呈现显著上升趋势,径流和土壤水呈现下降趋势,但趋势并不显著。与P1时期（1990—1999年）相比,P2时期（2000—2009年）由人类活动引起的土地利用变化对蒸散、径流和土壤水变化的贡献率分别为82.66%、-51.87%和-55.13%,随着退耕还林工程的继续实施,P3时期（2010—2019年）贡献率下降到57.64%、-51.63%和-52.54%。由此可见,退耕还林（草）工程实施后,土地利用变化成为影响流域水文过程的主导因素。该结果对于黄土高原退耕还林（草）工程的实施前景和可持续发展管理有重要意义。     

基于两阶段粒子群优化算法的新型逐步分解集成径流预测模型

传统分解集成径流预测模型首先将整个径流序列分解成若干个子序列,再将这些子序列划分为训练期和验证期进行建模,错误地将验证期内预报因子数据视作已知数据处理,难以应用于实际径流预报工作中。并且,这类模型的预测结果仅为一个确定数值,难以描述由于径流序列随机性和波动性而导致的预测不确定性。为解决以上问题,本文结合变分模态分解方法、支持向量机模型和核密度估计方法,提出了一种可同时进行点预测和区间预测的新型逐步分解集成(VMD-SVM-KDE)模型,并提出了一种两阶段粒子群优化(TSCPSO)算法来优化模型参数。选用黄河流域月径流数据评估模型性能,研究结果表明:(1)VMD-SVM-KDE模型将单一SVM-KDE模型的确定系数(R²)和纳什效率系数(NSE)值由0.145~0.630提升至0.872~0.921,区间平均偏差(INAD)值由0.046~95.844降低至0.005~0.034,说明VMD-SVM-KDE模型显著改进了单一SVM-KDE模型的点预测和区间预测性能;(2)相较于一阶段PSO算法,TSCPSO优化算法将单一模型的R²和NSE值由0.145~0.480提升至0.309~0.630,INAD值由48.813~95.844降低至0.046~0.195,将分解集成模型的R²和NSE值由0.872~0.912提升至0.876~0.921,INAD值由0.007~0.034降低至0.005~0.014,说明TSCPSO优化算法可以克服SVM的过拟合问题,并能提高单一模型和分解集成模型的预测精度;(3)VMD-SVM-KDE-TSCPSO有效解决了传统分解集成预测模型存在的错误使用验证期内预报因子数据的问题,并在各站的R²和NSE值均约为0.9,INAD值的范围为0.005~0.014,具有更高的点预测和区间预测精度。文中模型可为优化径流预测模型和非平稳非线性水文序列预报提供新思路。     

饱和-非饱和土壤中吸附性溶质水动力弥散实验研究

本文通过室内土柱对轻壤土和重壤土饱和、非饱和水动力弥散实验，得到了吸附性溶质水动力弥散参数的计算方法。根据一维饱和弥散实验结果，由相应的解析解，用简化计算方法求得饱和水动力弥散系数Dsh和阻滞因子R；对于一维非饱和弥散实验，在分析溶质的水动力弥散理论的基础上，推导出求解非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的计算公式。     

石羊河流域水资源利用格局变化的水文与环境效应及合理配置

内陆河流域由于地表水、地下水资源的多次相互转化以及生态系统完全受水控制的特点，其水资源的合理配置应以生态水文学为基础。本文阐述了石羊河流域的水资源形成特点及其开发利用现状，分析了石羊河流域水资源开发利用(尤其是灌溉农业发展)引起的区域水资源转化与水资源利用格局的变化，以及由此产生的水文与生态环境效应，提出了遵循生态水文学原理的流域水资源合理配置模式，即通过生态的水热平衡原理确定流域合理的绿洲发展规模，在保证生态需水的基础上合理分配上中下游以及社会经济各部门的用水，调整产业结构，节约奢侈的蒸腾耗水，提高用水效率。     

膜下滴灌技术的研究现状与展望

目前,膜下滴灌技术研究主要包括膜下滴灌对作物生长发育的影响,膜下滴灌条件下土壤水、热、盐运移规律和膜下滴灌对水肥利用效率的影响等三方面.膜下滴灌技术研究中存在的问题有:如何制定合理的滴灌水肥施用制度和栽培模式,以调节棉花地上部与地下部的协调生长;滴灌条件下的水、热、盐、根系吸水问题,以及膜下滴灌作物水肥科学合理配比等的研究较少.我国膜下滴灌技术未来几年的重点研究方向为土壤水、热、盐动态变化规律和作物的水肥耦合技术等.