基于模糊聚类循环迭代模型的陕西省农业干旱风险评估与区划

为了加强陕西省农业干旱风险评估和应急管理能力,以10个地级市为研究对象,选择表征农业干旱风险的危害性、暴露性、脆弱性和抗旱能力等方面的17个代表性指标,建立了具有区域适用性的农业干旱风险评价指标体系;基于模糊聚类循环迭代方法构建了农业干旱风险评估模型,并结合GIS技术,对陕西省农业干旱风险进行评估和区划研究。结果表明:全省农业干旱风险具有明显的区域差异性和规律性,极严重-严重干旱风险区主要分布在榆林、渭南、商洛地区;中度干旱风险区主要分布在延安、宝鸡和咸阳地区;一般-轻度干旱风险区主要分布在铜川、安康、西安和汉中地区,农业干旱风险总体呈北部地区大于南部地区,关中东部地区高于西部地区的特点。依据研究结果,为管理部门决策制定提出了不同风险区抗旱减灾措施建议。     

初始解冻深度对黄绵土坡面产流产沙的影响

春季解冻期土壤侵蚀受初始解冻深度影响较大,通过室内模拟降雨试验研究了降雨强度和初始解冻深度对解冻期黄绵土坡面降雨侵蚀的影响。试验处理包括3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)和4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)。结果表明:在不同的初始解冻深度下,雨强由0.6 mm/min增加到1.2 mm/min时,坡面产流量增加了2.79~3.63倍;相同降雨条件下,坡面产流量随着初始解冻深度的增加大致呈逐渐增加趋势;相同初始解冻深度下,雨强由0.6mm/min增加到1.2mm/min时,坡面产沙量增加了0.78~4.22倍;随着初始解冻深度的增加,不同降雨强度下的坡面产沙量变化规律较为复杂,但是当雨强和初始解冻深度均增加时,坡面产沙量增加,这表明降雨强度、初始解冻深度对坡面产沙量的影响存在交互作用。经分析后发现,坡面产流量主要受降雨强度的影响,而坡面产沙量主要受降雨强度、降雨强度—解冻深度交互作用的影响。根据试验数据,分别建立了坡面产流量与降雨强度的经验关系式以及坡面侵蚀量与降雨强度、降雨强度—解冻深度交互作用的经验关系式。该研究成果期望为完善土壤侵蚀机理研究提供一定的参考依据。     

干旱区流域土地利用变化对基流的影响

基流是干旱区最重要的枯季水文特征之一,在维持河川径流和维护流域生态安全等方面具有重要意义。基于宁夏清水河流域上游1980年、1995年、2000年、2013年四期土地利用数据及原州水文站1984—2014年日径流资料,采用枯季径流分割法进行了基流分割,分析了流域基流、基流指数与景观格局指数之间的相关关系,研究了流域景观格局变化对基流的作用。结果表明:(1)30年中,草地是清水河上游的主导性景观类型。流域景观多样性随时间的推移逐渐增加,整体向好;(2)1984—2014年,清水河上游径流量呈显著减少趋势(p0.01),基流量呈极显著减少趋势(p0.001);(3)景观格局指数与基流量的关系较径流量密切,基流量与面积加权平均形状指数(SHAPEAM)、斑块结合度(COHESION)、最大斑块指数(LPI)、斑块丰富度密度(PRD)、周长—面积分维数(PAFRAC)这5个指标的相关性较高,其中与SHAPE_AM,COHESION,LPI呈显著正相关,与PRD,PAFRAC呈显著负相关。研究结果可为清水河上游流域生态建设提供科学依据。     

基于AquaCrop模型的气候变化对陕西省冬小麦产量影响模拟分析

通过分析陕西省3个地区(延安、长武及安康)1957—2013年气温和降水等气象因子的变化,运用AquaCrop模型模拟分析了在现状降雨条件下,气温及CO_2浓度等气象因子变化对陕西省冬小麦产量的影响。结果表明:气温升高0.1℃,长武及安康分别减产0.3%和0.7%,延安增产0.5%;延安和安康CO_2浓度增加20μmol/mol,两地分别增产3.6%和4.2%,长武CO_2浓度增加10μmol/mol,增产2.2%;气温和CO_2浓度同时变化(即气温升高0.1℃同时延安和安康CO_2浓度增加20μmol/mol,长武增加10μmol/mol),延安、长武和安康分别增产4.0%,2.0%,3.6%。在仅考虑气温及CO_2浓度变化的情况下,与2012年相比未来18年3种典型年(枯水年、平水年和丰水年)下,3个地区因区域而表现不同,延安冬小麦增产3.3%～10.3%,长武增产2.3%～10.0%及安康增产1.8%～9.8%。可见,气温与CO_2浓度增加,陕西省"暖干+高碳型"或"暖湿+高碳型"气候有利于冬小麦产量的提高,延安长武安康,即可在陕北地区适度增加冬小麦种植面积,提高农业产量。     

不同遮光度对冬小麦生长发育和水分利用效率的影响

[目的]探究不同程度遮光对冬小麦生长发育和水分利用效率的影响,分析遮光条件下小麦的生长发育状况及耗水特性,为节水灌溉提供新途径。[方法]通过小区试验,设置不遮光(CK)、20%遮光(L_(20))、40%遮光(L_(40))、60%遮光(L60)、80%遮光(L_(80))共5个处理组,分析冬小麦株高、叶面积、干物质、产量和水分利用效率的变化特征。[结果]遮光处理使冬小麦生育期延长,叶面积增加,但各处理间的株高无明显变化;L_(40),L60,L_(80)处理抑制了冬小麦茎、穗干物质的积累;遮光使得光合产物在茎、叶、穗各器官中的分配比例发生变化,但L_(20)处理对冬小麦茎、叶、穗干物质的积累和分配无明显影响;遮光使得土面蒸发量和冬小麦的总耗水量均明显降低,且遮光度越大,降低幅度越大;与CK相比,L_(20)处理的产量下降了4.23%,水分利用效率则提高了10.11%,其他处理的产量和水分利用效率均有所下降。[结论]L_(20)处理对产量无明显影响,但有效提高了水分利用效率,起到了明显的节水作用。     

渭河流域降雨与降雨侵蚀力变化的原因分析

研究降雨与降雨侵蚀力的时空变化特征及其原因对流域土壤侵蚀监测、评估、预报和治理具有重要意义。以干旱半干旱的渭河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验分析了降雨与降雨侵蚀力的变化趋势;采用启发式分割法对流域降雨量与降雨侵蚀力进行了变异诊断;采用交叉小波分析探究了ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)、北极涛动、太阳黑子与降雨以及降雨侵蚀力的联系。结果表明:(1)降雨和降雨侵蚀力均呈下降趋势;(2)华山站和西吉站的降雨量存在变异点,华山站和临洮站的降雨侵蚀力存在变异点,渭河流域部分站点的雨量和雨力的一致性被破坏;(3)ENSO、北极涛动、太阳黑子可能会影响降雨与降雨侵蚀力的产生,其中太阳黑子的影响最强,ENSO次之,北极涛动最弱。研究结果有助于指导渭河流域黄土高原地区的农业生产、水土保持建设和生态修复等工作。     

基于主成分分析和层次分析法相结合的陕西省农业干旱风险评估

农业干旱灾害发生机理复杂,评价指标众多,为确定合理的干旱风险评价指标,以陕西省为研究对象,提出基于主成分分析和层次分析法(AHP)相结合的农业干旱风险评价指标体系和评估方法。运用主成分分析,结合陕西省干旱成因及特点,基于风险四要素(危险性、暴露性、脆弱性和抗旱能力)筛选并构建了农业干旱风险评价指标体系,采用AHP评估了陕西省农业干旱风险。结果表明,在考虑地区抗旱能力情况下,陕西省农业干旱风险从北向南,从东向西均呈现出递减趋势,北部榆林地区和东部渭南、商洛地区,农业干旱风险较高。通过主成分分析和AHP相结合的评价体系,可以合理选取评价指标,缩减指标个数;准确评估干旱风险,指出风险要素来源,为抗旱部门有效识别致灾因子,提出相应的抗旱减灾方法。     

去电子处理微咸水矿化度对土壤水盐运移特征的影响

为探究去电子处理微咸水对土壤水盐运移的影响,该文通过室内土柱试验,分析了不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)经去电子处理后土壤水分入渗及盐分分布规律。结果表明:不同矿化度去电子微咸水土壤入渗速率及湿润锋运移速率明显大于未处理微咸水,入渗时间为200 min时,累积入渗量和湿润锋运移深度在矿化度为4 g/L时增加幅度最大。相同矿化度去电子微咸水与未处理微咸水相比,Philip入渗公式吸渗率、Green-Ampt入渗公式饱和导水率及湿润锋处吸力均显著增加。去电子微咸水能够显著提高土壤的持水效率和上层土壤盐分的淋洗效果,矿化度为4 g/L时,相对淋盐率和Na+相对淋洗率最大。该研究表明去电子化处理能够改善土壤水盐运移特性,有利于微咸水安全利用。     

基于KPCA RVM的土石坝沉降预测模型研究

【目的】针对土石坝坝体沉降存在多变量、强耦合、强干扰的复杂问题,建立基于KPCA-RVM的土石坝沉降预测模型。【方法】利用核主元分析(KPCA)对输入向量进行降维处理,以减少因子个数,随后利用相关向量机(RVM)模型对土石坝沉降进行预测,并以平均相对误差为指标对预测精度进行评价。【结果】实例应用表明,KPCA-RVM模型将输入向量由14个降低到7个,预测结果的平均相对误差仅为0.9%,预测效果得到明显提升。【结论】利用KPCARVM模型对土石坝进行沉降预测,不仅可以减少输入向量个数,而且可以提高预测精度,可在实际工程中推广应用。     

MODFLOW模型与地表水量调度系统联合运用研究

【目的】对区域地表水、地下水及再生水进行联合调度,以充分发挥多水源水量、库容、水力及时空补偿作用。【方法】以位于陕西西咸新区的泾河新城为研究对象,利用GMS软件系统构建MODFLOW模型,与地表水量调度系统联合运用,采用再生水进行补偿供给,模拟计算泾河新城2020年各水源工程的供水量及在用水户之间的分配结果,并预测地下水位的动态变化。【结果】通过联合模拟可知,2020年泾河新城地下水、地表水及再生水供水量分别为1 640.02万、3 973.28万、380.18万m3/年,各用水户的供水保证率均达到77%以上,基本能够满足2020年的需水要求;泾河新城生活供水水源为地下水,长期开采会使开采井附近水位出现一定程度的下降,从模拟结果可以看出,2020年泾河新城地下水水位平均降深为2m左右。【结论】联合调度充分发挥了各水源的供水能力,在基本保证区域内原有用水户用水不受影响的前提下,为泾河新城的发展提供了一定的水量保证。从长远发展考虑,应该在减少区域地下水开采的同时寻找替代水源,并注重开源与节水并用、水源涵养与生态保护兼顾,使区域经济、水资源及生态环境能够和谐发展。