大型灌区节水灌溉工程实施后土壤

以人工神经网络理论中的BP、RBF模型为主要建模工具，以内蒙古河套灌区的试一个试验区（沙壕渠试区）为研究实例，对河套灌区节水工程实施后作物生长季（非冻季）的土壤水盐变化状况进行了模拟与预测研究。从预测结果看，2015年，当引水量减少30%时，地下水位有较大幅度下降，夏灌前、夏灌后、秋浇前与封冻前的土壤水分随着灌水量的减少呈下降趋势，而土壤盐分在浅层与中层呈现出不同的结果：0-40cm土壤盐分呈脱盐趋势，而40-70cm土壤呈轻度积盐趋势，总体上节水改造工程对灌区浅层土壤盐碱化改善与防治有积极效果，但土壤水分的下降可能会造成土壤某些阶段一定程度的水分亏缺和作物种植结构及灌溉制度的改变。本文对中国北方大型灌区的节水工程改造与规划管理有一定的参考价值。     

絮凝泥沙对中度盐渍化土壤氮素淋失及水分利用效率的影响研究

氮素淋失是主要的氮肥损失方式之一,不仅降低了氮肥利用效率,同时造成水体污染严重等负面影响.黄河水滴灌中利用水梦吸附剂进行水沙分离时会产生絮凝泥沙,为了有效利用絮凝泥沙资源、实现废弃资源再利用.通过室内土柱模拟试验,探讨絮凝泥沙对中度盐渍土的水力特性、氮素淋失、pH及电导率的影响规律.试验共设5个处理,絮凝泥沙施用比例分别为0(CK)、20(T1)、40(T2)、60(T3)、80(T4)g/kg,每个处理3个重复.施用絮凝泥沙能改善盐渍化土壤的水力特性,处理T1、T2、T3、T4的持水能力随絮凝泥沙施用比例的增加呈现逐渐升高的趋势;絮凝泥沙能够有效提高砂壤土对氮素的吸持能力,随着絮凝泥沙施用比例的增大,土壤淋溶液中氮素浓度呈逐渐减小的趋势,氮素累积淋溶量也逐渐减小,处理T1、T2、T3、T4淋溶液中氮素的淋失总量较CK分别降低了3.4％、6.18％、8.06％和11.27％;絮凝泥沙对不同处理盐渍化土壤的pH值无显著影响;当絮凝泥沙使用量不超过60 g/kg时,可以降低土壤电导率值,但效果不显著.絮凝泥沙施用量为40～60 g/kg时,能够有效改变盐渍化土壤的理化性质,降低土壤氮素的淋失量,进而可提高土壤氮素的利用效率,降低地下水面源污染的风险.     

矩形渠道翼形量水槽的体型优化及试验研究

为了改善量水槽在平原灌区应用受限的状况,利用鸽子翅膀截面曲线,通过仿生优化设计了一种鸽翼形量水槽,并通过模型试验研究不同流态下量水槽的水力特性.试验结果表明:自由出流时水深-流量的稳定关系在淹没出流时仍然存在;不同流态时,水跃发生位置不同,自由出流时,水跃发生在出口断面附近,淹没出流时,则在喉口附近;自由出流时的测流精度高于淹没出流,测流误差在2%~3%,但淹没出流的测流误差随着流量增大而减小;鸽翼形量水槽的临界淹没度均在0.850以上,最高可达0.933,具有较大的测流范围.鸽翼形量水槽的工作性能良好,可开展标准化设计和工程应用.     

参考作物潜在蒸散量的人工神经网络模型研究

根据河套灌区多年气象资料和Penman-Monteith法计算得到的参考作物蒸散量(ET0),对影响ET0的主要气象因子进行了回归分析,并比较了以4因子(平均气温、净辐射、相对湿度、2 m处风速)和3因子(平均气温、净辐射、相对湿度)为输入向量,由Penman-Monteith法计算所得ET0为输出向量的BP网络ET0预报模型.研究表明,BP网络可以用于ET0的预报计算,四因子法和三因子法均简便可行,能满足生产的需要.相比之下,四因子法的精度更高.此研究是对传统ET0计算的补充.     

基于Horton分形的河套灌区渠系水利用效率分析

大型灌区灌溉水利用效率是关系国民经济发展和水资源高效利用的重要评价指标。该文采用分维定律对内蒙古河套灌区输配水渠系布置结构与渠系水分利用效率进行评价。根据河套灌区现状的渠系资料,应用Horton定律计算出河套灌区及灌域的分形维数(乌兰布和1.14,解放闸1.86,永济2.21,义长1.8,乌拉特1.99,河套灌区1.88)。在此基础上对不同灌域的渠系水利用效率与分维值进行了分析,拟合了灌溉引水量、灌溉面积与分维值多元曲线,得出了渠系结构优化下的不同灌域的渠系水利用效率提高潜力(乌兰布和19.01%,解放闸28.8%,永济32.7%,义长27.07%,乌拉特30.7%)与灌区平均效率提高潜力(27.19%)。由此提出不同灌域渠系改造方案,对于灌区的科学管理与节水工程规划具有重要的理论意义和应用价值,同时对相似灌区的规划和节水改造具有很好的参考价值。     

贝叶斯模型在土壤转换函数中的应用与适应性评价

为了研究大型灌区节水改造后的区域农田生态环境效应中分布式水文模型空间参数的确定问题,通过内蒙古河套灌区解放闸灌域22个土壤水盐监测点110个土壤样本的采样与分析,利用贝叶斯神经网络(BNN)模型建立了河套灌区区域分层土壤特征参数与土壤水分特征曲线模型参数、特征含水率之间的土壤转换函数模型,并与已有的BP神经网络模型进行适应性比较及模型验证。结果表明,BP模型土壤转换函数的训练模拟精度优于BNN,但是在模拟预测方面,BNN模型普遍好于BP模型,而且模型输入因子数量对BP模型的精度影响较大,而BNN模型对于不同输入因子表现出很好的稳健性,BNN模型比传统的人工神经网络模型具有更好的适应性和预测效果,体现了土壤特征参数的空间随机性和结构性特征,而且预测的土壤水分特征曲线与实测和VG拟合结果更为接近,是一种具有广阔应用前景的区域土壤转换函数推求方法。     

生物炭对土壤水肥利用效率与番茄生长影响研究

通过设置不同生物炭施用量的野外大田小区试验,研究不同处理砂壤土物理性质及水肥的变化规律。试验共设5个处理,3个重复:不施生物炭(CK),生物炭施用量分别为10 t·hm-2(T1)、20 t·hm-2(T2)、40t·hm-2(T3)、60t·hm-2(T4)。结果表明:施用生物炭能明显减小土壤容重,增大土壤孔隙度,增加土壤含水率,与对照(CK)相比,耕作层(0~20 cm)土壤容重T4减小最大,0~10 cm减小23%,0~20cm减小30%;孔隙度T4增加最大,0~10 cm增加14%,0~20cm增加19%。施用生物炭明显提高了土壤的水分与肥料利用效率,与对照(CK)相比,处理组的水分和肥料利用效率分别最少提高27.7%和87.4%,其中T3增幅最大。生物炭能促进作物生长发育,提高作物产量,本试验番茄产量T3增幅最大,增幅为56.1%。综上所述,生物炭能改变土壤的物理性质,提高水肥利用率,减少肥料淋失,其中T3在这些指标中增幅最为明显,因此40 t·hm-2生物炭用量是改良砂壤土最为合适的用量。     

基于ANN技术的大型灌区节水改造后农田水环境预测

为了研究大型灌区节水改造后区域农田水环境的变化及可能引起的环境负效应,该文以中国黄河河套灌区为案例,通过区域水盐动态的监测和多年水文、地下水资料的分析,以三个不同尺度下的试验区为研究对象,用人工神经网络技术中的BP、RBF模型对农田地下水文和土壤水盐变化进行了系统预测,求得中国内蒙古河套灌区在未来不同节水水平下灌区地下水文、土壤水盐的变化趋势,并与传统的有限元数值法和水均衡法的结果进行了对比,得出的预测结果具有一定的合理性和一致性。说明人工神经网络技术在进行复杂系统的模拟预测中显示突出的优势,可获得较好预测效果,适合未来因子变化的区域趋势估计,提出了在气候干旱、土壤盐渍化灌区的科学引水量应存在一个适度的环境安全阀值,可以为大型灌区节水改造提供宏观管理决策依据。     

引黄春灌对盐碱土区地下水动态及理化性质的影响

[目的]探究引黄春灌对区域浅层地下水动态及地下水理化性质的影响.[方法]通过监测试验区盐碱地春灌前后地下水位、八大离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-)质量浓度、地下水EC值、pH值、土壤电导率等指标,运用数理统计和水文地球化学分析的方法,分析春灌前后地下水动态及春灌后地下...     

粉垄耕作下施加脱硫石膏和生物炭对盐渍土壤水热盐的影响研究

为探明粉垄耕作下施加脱硫石膏和生物炭对河套灌区盐渍土壤水热盐的效应以及对作物产量的影响,选用合理改良措施,2018年在内蒙古河套灌区开展了田间定位试验,试验设置共设4个处理:常规耕作(CK)、粉垄耕作(F0)、脱硫石膏+粉垄耕作(F1)、生物炭+粉垄耕作(F2),分析不同处理对土壤的持水能力、土壤温度、电导率以及对向日葵产量的影响。结果表明:F0、F1、F2处理均能降低土壤的容重,应用VG模型拟合分析,参数θ_s、θ_r、a和容重呈负相关且F1、F2处理的持水能力均高于CK;F0、F1和F2处理均能降低土壤电导率,与CK比较平均降低了23.85%、28.80%、32.11%,同时均能显著提高向日葵产量(p0. 05),F0、F1、F2处理籽粒产量较CK分别提高了130%、266%、311%。综合分析,土壤粉垄耕作条件下施加脱硫石膏和生物炭可提高土壤保墒抑盐能力,促进作物增产,而且比单一粉垄效果显著,其中施加生物炭(施用量为22.5 t/hm~2)效果最佳。