三工河流域气候、水文变化及其影响

选取三工河流域内的山区和平原区40 a来气候资料和流域内三条河流20 a来径流资料,对气候和径流资料进行计算和相关性分析,结果表明:山区和平原区气温总体都呈上升趋势,90年代是升温幅度最大的年代,冬季气温升高幅度最大;山区和平原区降水整体呈增湿趋势,80年代增加显著,秋季是山区降水增多的季节而平原区降水增加最多的是夏季;三条河流径流量年内分配比较集中,主要出现在汛期,春冬两季径流量很少,90年代较80年代径流量减少,减少310.9×10⁴m³;夏季的降水是影响流域各季节的径流量主要季节,季节气温对流域的径流量变化影响不大。     

陕西省神木县六道沟流域水平衡解析

选取处于黄土高原北部水蚀风蚀交错地带的六道沟流域为研究区,基于水平衡方程确定了陕北小流域水资源组成结构的各个分量。通过对水文数据和径流计算结果的分析,推求了流域水量收支的各个成分。考虑到人为因素的影响,居民的生活用水量和农业灌溉用水量因素被加入到水平衡公式中。结果表明,年蒸发量和径流量分别占年总来水量的74.5%和21.5%,年蓄水量变化接近于0,居民的生活用水量和灌溉用水量分别占年总来水量的2.8%和1.2%。研究结果可为水资源相对缺乏的黄土高原北部地区的水资源可持续开发和利用提供基础数据。     

中国“农业北水南调虚拟工程”现状及思考

基于中国南北方粮食调动的变化分析,结合农业水足迹与虚拟水理论,提出中国在实施南水北调实体工程建设的同时,自1990年已经形成并运行着一个“农业北水南调虚拟工程”。计算结果表明,该工程在1990－2008年期间年均调运虚拟水量已超过200亿m3,远大于南水北调实体工程目前的调水规模;北水南调虚拟工程调水量总体上呈增加趋势,依靠现有南水北调实体工程难以支撑中国北方粮食生产,解决这一问题的唯一出路只能是依靠科学技术,大力发展现代节水农业,提高粮食生产的综合用水效率。考虑到中国南北方经济状况的现实差距,以及“农业北水南调虚拟工程”的长期运行,建议国家实施区域虚拟水贸易战略,同时,加强区域农业水足迹演变与控制研究,制定区域农业水足迹相关技术标准,为实施区域虚拟水贸易战略提供科学依据与政策支持。     

海河流域降水径流对种植业非点源污染的影响分析

建立种植业非点源污染负荷函数,确定了种植业非点源污染负荷量的主要决定因素为降水径流,在此基础上,分析了海河流域降水径流的时空分布特征。自20世纪50年代至21世纪前8年,海河流域降水量呈现明显的逐年代下降趋势,累计下降16.5%;受降水量下降和人类活动的影响,径流量的下降幅度更大,累计下降64%。从地区分布来看,降水径流由太行山、燕山迎风坡分别向西北和东南减少。由于降水径流逐年减少,海河流域种植业非点源污染对水体污染的影响也将逐年下降。在一般的年份(除丰水年以外的年份),种植业非点源污染对水体污染的影响微乎其微;如果发生全流域洪涝灾害,种植业非点源污染对水体污染构成威胁。海河流域汛期易发生暴雨,在发生暴雨的局部地区,种植业非点源污染对水体污染构成局部威胁。徒骇马颊河平原是海河流域最重要的农作物种植区,单日降水量可达100 mm,为平原区最高,因而发生种植业非点源污染的可能性最大。     

大规模灌溉对海河流域气候影响模拟研究

为保障粮食安全,海河流域常年灌溉水量200亿m3以上,而大规模灌溉对区域气候产生显著影响,为揭示大规模灌溉的气候效应,该研究构建海河流域区域气候模式WRF(weather research and forecasting model),在WRF陆面模块中,开发灌溉精细化模拟的新方案,设计关闭灌溉的控制试验与开启灌溉的敏感性试验,模拟分析大规模灌溉对海河流域气候的影响。结果表明,灌溉使得海河流域潜热通量增加,显热通量减少,4—6月变幅最大。灌溉导致流域3—11月气温降低,其中4—6月降温最大,且空间上总体表现为灌溉量越多的地区降温越大,4—6月平原区降温0.64℃,子牙河平原与大清河淀西平原交界地带降温超过1.0℃。灌溉主要影响对流性降水,导致海河流域年降水增加6.07 mm,集中在4—6月,空间上主要在大清河流域与子牙河流域,其中大清河山区4—6月降水增加15～30 mm。灌溉改变近地表气象要素,使得流域参考作物蒸散发量减少,单位面积作物需水量降低。因此,大规模灌溉的气候效应在供需两侧支撑保障流域水安全,在一定程度上缓解流域水资源供需矛盾。研究可为水资源优化配置与水资源安全保障布局等提...     

基于农牧业需水特性的洋河流域农业水资源优化配置

针对洋河流域水资源短缺与水环境污染问题日益突出,以及考核断面水质难以达标等问题,为了实现水资源充分利用与环境保护的双重目标,结合流域经济社会发展及水资源开发利用现状特点,以洋河流域为研究对象,考虑水质约束,构建了农业水资源优化配置模型。在保障考核断面水质达标前提下,通过优化各月份不同作物和牲畜的配水量,以及作物种植面积和牲畜养殖数量,以实现农业经济效益最大化。为提高水质和实现水资源充分利用,提出补水减排联合控制水质达标方法,并基于农牧业需水特性配水,可避免非均衡给水情形的发生。同时,能有效降维,提升模型求解效率。以2014年为例,采用该模型优化计算,通过增加高效益的蔬菜、薯类种植面积和大牲畜的养殖数量,减少排污大的油料作物种植面积和小牲畜养殖数量,可实现考核断面水质达标,且农业配水量减少3.38%,经济效益增长11.96%,验证了该模型的有效性。再模拟分析2020年丰平枯3种典型水文年的优化配置方案,结果表明:随着可供水量的增大,农业配水、河道补水量会相应增加,大部分需水用户和子区的配水量也会随之增加。子区中的怀来县和宣化区的配水量增量较大,需水用户中谷物和水果的配水量增量较大,牲畜配水量增量小于农作物。需水用户的配水量增长率与其面积相关,子区间的配水量增长率与其区内作物类型和种植面积相关,以及水量分配是可供水量、污染排放量、经济效益综合权衡结果。该配置模型对于保障洋河流域的水质安全及区域经济可持续发展具有重大意义,并对考虑水质的水资源优化配置有一定的参考作用。     

中亚棉花生产需水量与虚拟水贸易变化趋势

棉花是中亚重要的出口农产品之一,在水资源日趋严峻形势下,评价棉花生产需水和虚拟水贸易对区域水资源管理具有重要意义。本研究基于中亚175个站点长期气象数据,利用ArcGIS空间插值和作物系数法,结合棉花空间分布情况,首先估算了中亚五国的棉花需水量和单产需水量;基于单产需水量和国际粮农组织(FAO)的棉花产量和贸易数据,分析了1992年以来棉花的生产需水量、虚拟水贸易变化趋势及影响因素;最后评价了虚拟水贸易对中亚水资源的影响。研究结果表明:1)中亚棉花需水量为761.0～1033.9mm,单产需水量为2834.4～5732.1 m~3·t~(-1),其中产棉大国乌兹别克斯坦为4263.8 m~3·t~(-1)。2)1992—2017年,中亚地区棉花收获面积减少和产量偏低,导致总产量下降,生产需水量从初期的不足300亿m~3下降到目前的不足200亿m~3;棉花消费量增加导致出口量降低,净出口虚拟水量从初期的200亿m~3左右下降到目前50亿m~3;年均棉花生产需水量、净出口虚拟水量和净出口占生产需水量的比值分别为237.2亿m~3、147.4亿m~3和62.1%。3) 1992—2017年,乌兹别克斯坦和土库曼斯坦通过棉花出口分别输出其可更新水资源总量的18.4%和12.7%,加剧了咸海流域水资源短缺。因此减少农田输水损失,提高棉花水分利用效率,是提升中亚棉花总产、减少棉花生产耗水、提升棉花出口贸易、减少虚拟水外输的有效措施。     

虚拟水战略下的北京市农业产业结构调整

北京市水资源短缺,农业用水量巨大,实施虚拟水战略从外部引入虚拟水资源是优化北京市农业产业结构,实现北京市水资源优化配置的重要途径。该文计算了北京市国民经济贸易中的虚拟水量,研究了北京市虚拟水贸易的历史和发展趋势。在此基础上建立了基于虚拟水战略的水资源配置模型,并将其应用于北京市农业产业结构调整研究。结果表明,在水资源约束下北京市农业在国民经济中的比重将进一步下降,生态农业、观光农业等都市农业类型是北京市农业发展的方向。     

宁夏水资源可持续利用的理性思考

宁夏水资源极度短缺,严重制约经济发展,依据水资源可持续利用的思想,从农业用水、工业用水、生活用水和水务管理四个方面分析了宁夏的水资源现状,对其现状进行理性思考并提出了对策,即实体水和虚拟水策略的联合运用、节水型社会构建及水务科学管理模式构建,其中实体水和虚拟水的联合调度包括“四水”的联合调度和虚拟水战略在宁夏的运用。     

近50年民勤绿洲生态环境演变及综合治理对策

 50年来,由于人类活动对水、土、植被等资源的强烈干扰,民勤绿洲的生态环境发生了巨大的变化,主要表现为:地表水资源减少,水量从20世纪50年代的4.5亿m3减少到90年代的0.89亿m3;地下水量过度开采,水位下降,从20世纪50年代的1.5～2.0m下降到80年代的5.0 m,90年代的16.4m;水质污染,矿化度升高;天然和人工植被衰退,物种多样性减少,植被向旱生方向演替;土壤旱化加剧,土地荒漠化严重等。为探索解决这一系列问题,在定量分析长期野外观测资料的基础上,主要分析了近50年来民勤绿洲水资源变化过程及其态势以及水资源的不合理利用所引起的一系列生态环境变化,同时提出主要治理途径:1)以流域为单元,通过法律、行政和经济手段强化水资源管理;2)通过节水技术应用,发展节水型农业和建立节水型社会;3)增加外流域调水量,满足生态环境用水需求;4)实施适度移民,实现人与自然和谐发展;5)运用生物和工程措施,综合防治荒漠化,整治土壤盐渍化。     

A Critical Review of the Water Balance and Agronomic Effects of Conservation Tillage under Rain‐fed Agriculture in Ethiopia

About 80% of Ethiopia's population is involved in rain‐fed agriculture. Moisture stress coupled with traditional tillage with breaking ard plough, locally known as ‘Maresha ’ are the major limiting factors for agricultural production. Soil erosion, low infiltration and decline agricultural productivity because of conventional tillage implement have been frequently reported. In order to curve this situation and meet the huge food demand of the growing population, different conservation tillage systems have been implemented. However, there is limited information about the impacts of the practices. This review paper therefore aimed at providing adequate information concerning the impacts of the practices on water balance and crop yield. Systematic, best evidence and narrative review techniques were used. Results revealed that the application of conservation tillage had brought significant improvement on water balance and agricultural production. Researchers found over 50% decreased in surface runoff, 9 to 40% improvement in water productivity and good crop transpiration (T = 53 mm season⁻¹), compared to conventional tillage T = 49 mm‐season⁻¹ because of conservation tillage implement. Moreover, doubled grain yield was obtained from ridging, subsoiling and wing plough (1076, 1044 and 1040 kg ha⁻¹, respectively) compared to traditional tillage which resulted in 540 kg ha⁻¹. Improving water balance and agricultural production in rain‐fed agriculture need to reduce evaporation and surface runoff through improving moisture retention and transpiration. This could be achieved by the adoption of conservation tillage which can improve on‐farm water balance, yields and water productivity among smallholder farmers in Ethiopia. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于河流生态类型划分的海河流域平原河流生态需水量计算

根据河流现有生态状况,首次将海河流域平原河流划分为干涸沙化、水质污染和生境破坏三种类型,并针对不同类型河流特点和修复目标,分别用植被需水定额法、75%保证率最枯月平均流量法、生物空间最小需求法和槽蓄法计算了生态需水量。结果表明,海河流域平原河流最小生态需水量为18.12亿m3,相当于流域多年平均流量的8.4%。最后将上述四种计算方法分别与Ten-nant法进行了比较。用植被需水定额法计算的干涸沙化型河流生态需水量结果约占多年平均径流量的2.4%～5.5%,远小于Tennant法的最小生态需水量;75%保证率最枯月平均流量计算的水质污染型河流所需的生态水量占多年平均径流量的百分比为15%左右,略高于Tennant法计算的最小生态需水量;用生物空间最小需求法计算的滦河生态需水量占多年平均径流量的百分比为6%,接近于Tennant法计算的最小生态需水量;槽蓄法计算的生态需水量结果与河流水量修复目标密切相关。总的说来,本文所采取的计算生态需水量的方法在海河流域是可行的。     

协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价，考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突。该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标，构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型，并推求协调发展度计算式，提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法，分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系，确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例。结果表明，现状条件下，六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9%，实现地下水正均衡0.59亿m³；全流域农业和生态用水比例为90%: 10%，渠井用水比为67%: 33%。平水年保障蔡旗来水为3.48亿m³/a时，能够以牺牲中游1.6%的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8%和18.6%。研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法，可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考。     

华北平原种植结构变化对农业需水的影响

不同种植结构下的农田需水研究是调整农业种植结构、制定切实可行的区域灌溉方案的重要依据。为了定量估算华北平原种植结构变化对农业需水的影响,本文基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感影像提取了2002年和2012年华北平原主要作物类型及其种植面积,同时基于作物系数法计算了华北平原7种主要作物需水量,分析了华北平原种植结构变化对作物需水的影响。结果表明:2002—2012年,主要作物种植面积减少60.7万hm~2。其中,种植面积明显减少的作物分别为冬小麦-夏玉米(-43.18万hm~2)、棉花(-32.43万hm~2)、水稻(-9.3万hm~2)和春玉米(-4.9万hm~2),种植面积增加的作物主要是林果(+16.61万hm~2)和蔬菜(+12.6万hm~2)。2002—2012年,华北平原主要作物的总需水量从742.7亿m~3下降至695.5亿m~3,共下降6.37%。其中,需水量减少的作物类型为冬小麦-夏玉米(-35.41亿m~3)、棉花(-24.31亿m~3)、水稻(-7.48亿m~3)和春玉米(-2.1亿m~3),需水量增加的为林果(+11.24亿m~3)和蔬菜(+10.71亿m~3)。从空间分布来看,华北平原作物需水量整体呈减少趋势,仅在河北平原、鲁西北以及滨海平原靠近城市周边的区域呈增加趋势,其中滨海平原需水增加量最大。华北平原由于作物种植面积减小引起的作物需水减少量达44.7亿m~3;由作物种植结构调整引起的作物需水减少量为2.5亿m~3。种植规模的减小是华北平原作物需水量减少的主要原因。     

冀北地区近50 a马铃薯需水量及水分盈亏时空变化特征

为高效利用水资源,提高农业生产效益,根据联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数法,利用河北省马铃薯主要种植区域(冀北地区)23个地面气象站的资料,计算了冀北地区近50a(1969—2018年)马铃薯生育期内的需水量和缺水量,并分析了马铃薯生育期内降水量、有效降水量、需水量、缺水量变化趋势,以及不同区域不同生育期马铃薯需水量、缺水量的变化特征。结果表明:1)近50 a冀北地区马铃薯生育期内降水量、有效降水量年际变化可分为2个阶段:1969—2003年呈减少趋势,气候倾向率分别为–15.68 mm·(10a)~(–1)、–6.61 mm·(10a)~(–1);而2004—2018年呈显著增加趋势,气候倾向率分别为60.07 mm·(10a)~(–1)、9.68 mm·(10a)~(–1)。近50 a平均降水量、有效降水量分别为356.5 mm和148.6 mm;空间上均呈自西向东逐渐递减的带状特征。2)近50a马铃薯生育期需水量和缺水量年际变化也表现出1969—2003年减少、2004—2018年增多的趋势,且需水量多的年份缺水量也多,近50 a平均需水量和缺水量分别为497.8 mm、349.1 mm;空间分布上均呈自坝上高原向坝下山地增多特点,且需水量大的地区缺水量也多。3)马铃薯块茎膨大期需水量最多,期间也是缺水量最多的时期。研究结果显示1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内水资源一直处于严重亏缺状态,在生产中需充分考虑马铃薯需水量对气象要素变化的响应,加强水分管理,确保水资源高效利用。     

气候变暖对甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响

作物需水量是农田水分循环系统中最重要的因素之一。在未来温度上升1~4 ℃的情景下, 研究了气候变暖对我国甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响。结果表明, 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, 对玉米和春小麦次之。当生长期内温度上升1~4 ℃时, 冬小麦需水量将增加3.05%~12.90%, 相当于13.2~81.2 mm; 玉米需水量将增加2.49%~10.80%, 相当于9.9~60.6 mm;春小麦需水量将增加2.74%~11.69%, 相当于6.7~40.0 mm。气候变暖对作物需水量的影响存在一定地域性差异。对干旱区的作物需水量影响最大, 半干旱区次之, 其次是半湿润区, 对湿润区影响不大。根据甘肃省目前的种植结构, 据此估算, 当温度上升1~4 ℃时, 将使甘肃省冬小麦的灌溉需水量增加12.43×10⁸ m³、13.02×10⁸ m³、13.74×10⁸ m³ 和14.65×10⁸ m³, 玉米的灌溉需水量增加7.94×10⁸ m³、8.32×10⁸ m³、8.78×10⁸ m³ 和9.30×10⁸ m³, 春小麦的灌溉需水量增加4.97×10⁸ m³、5.16×10⁸ m³、5.42×10⁸ m³ 和5.76×10⁸ m³。     

塔里木河流域2003年虚拟水计算初探

简要介绍了虚拟水含量的计算方法。根据2003年塔里木河流域的资料,计算了主要农产品单位质量的虚拟水含量、城乡居民消费的虚拟水含量和生产产品的虚拟水含量。(1)与西北其它地区相比较,塔里木河流域生产单位质量的农产品虚拟水含量相对较低。(2)从塔里木河流域虚拟水消费总量看,城镇居民与农村居民的消费相差不大,分别为3.71×109m3和3.30×109m3。而其中一些消费产品,如粮食、猪肉、家禽、鲜蛋、糕点和鱼虾等的消费在城镇居民与农村居民间仍然存在着一定的差异。(3)全社会消费的虚拟水数量和实际生产产品中的虚拟水含量分别为7.01×109m3和2.20×1010m3。可以看出在塔里木河流域实际生产产品的虚拟水含量远远大于各项消费的总虚拟水含量。     

东新村农业水资源的开发与节水灌溉现状调查

通过对东新村的水量平衡分析表明:该村农业水资源供需矛盾日趋尖锐,在当前生产水平下,年缺水约50万m³,必须大力推广节水灌溉技术,维持地下水采补平衡,以维持该村农业的持续稳定发展.     

不同干旱等级下的叶儿羌河流域水资源优化配置

以叶尔羌河流域作为研究对象,选取叶尔羌河流域河川径流量的标准径流指数SRI（Standardized Runoff Index）作为干旱评价指标,划分了干旱等级,并针对不同干旱等级情况对流域水资源进行了缺水分析。综合考虑了多种开源节流措施,建立了基于综合效益满意度的评价方法,最终在6种方案中确定了考虑经济、环境、社会三个目标的综合效益最优的应急调配方案。结果表明:重度干旱条件下叶儿羌河流域的缺水率可由原来的20.7%降低到6.2%,最优方案（方案六）大大减小了该流域在干旱发生时的严重缺水状况,可有效缓解流域水资源的供需矛盾。