基于系统动力学的稻田塘堰系统水转化模拟及验证

为了描述稻田塘堰系统水转化过程,以水量平衡原理为基础,建立稻田塘堰系统水转化系统动力学模型。利用漳河灌区三干渠中游区域尺度塘堰日水位观测资料对模型进行检验,模拟结果的复相关系数、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差分别为0.90、0.79和0.155 m/d。在浅水灌溉模式下,对研究区域内塘堰调蓄方式进行动态模拟,结果表明,塘堰在完全调蓄时可以保障作物充分灌溉,在部分调蓄与不调蓄时作物分别在第72天和45天发生水分胁迫,塘堰灌溉对保证作物正常生长天数具有显著效果。当塘堰完全调蓄时,在浅水灌溉、湿润灌溉及间歇灌溉模式下,塘堰最低蓄水量占最大蓄水量的比例分别为2.0%、18.9%和41.3%,塘堰的有效水利用率分别为84.7%、80.9%和67.7%。研究可为稻田塘堰系统合理利用雨水资源、灌溉管理提供理论依据。     

基于AquaCrop模型的有机稻灌溉制度优化

随着人们对提高农业生产效率方法的不断探索,水稻生产模式正发生很大变化,并由化肥农药高投入的传统农业向生态环保的有机农业转变,但有机稻需耗水特性及其适宜的灌溉制度研究较少。为揭示有机稻耗水规律及不同降水年型下的灌水与产量关系,2015-2016年在湖北省漳河灌区开展了有机稻灌溉试验研究,统计分析了有机稻与普通稻的需耗水差异,获得了有机稻耗水及其产量特性,提出了基于Aqua Crop模型与熵值法耦合的有机稻灌溉制度多目标多情景优化方法。结果表明:1)有机稻与普通稻需水量无显著差异,但前者的排水量显著高于后者,且前者排水中的氮磷浓度均显著降低。有机稻产量为普通稻产量的84%,但单方灌水产值高28.5%(P0.05),具有显著的经济效益。2)优化后中国南方灌区有机稻适宜的优化灌溉制度为:枯水年,108%(以RAW计,下同)的土壤含水率控制下限、30 mm的灌水定额、灌水8~9次,平水年113.85%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水6~7次;丰水年,116.92%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水3~4次。该文为选择节水、高产的有机稻灌溉方案提供参考。     

基于随机降雨模拟的灌区塘坝蓄水方案优化

结合南方丘陵灌区塘坝分布广、数量多、群体容量大的特点，建立库塘水资源系统优化调控模型。以漳河灌区的子灌区——杨树垱水库灌区为研究实例，应用蒙特卡洛法模拟出长序列的旬降雨，采用正交试验法选出每个模拟年份的最优塘坝控制运行方案，并对控制运行规律进行统计分析，得到不同典型年下塘坝的控制运行规则：在平水年时5月底、6月上旬末、6月下旬末、7月上旬末预留30%，6月中旬末预留10%，7月中旬末预留20%，其他各旬可全部用完；在偏枯水年时5月底预留10%，6月上旬末、6月下旬末预留20%，6月中旬末、7月上旬末、7月中旬末预留30%，其他各旬可全部用完；在特枯水年时5月底、7月中旬末预留10%，6月上旬末、6月中旬末预留30%，6月下旬末、7月上旬末、7月下旬末预留20%，其他各旬可全部用完。比较塘坝在不控制运行与优化控制运行下保证基本产量的概率，结果表明：在平水年时，相对产量在0.6以上的概率提高了2.38%；在偏枯水年时，相对产量在0.6以上的概率提高了8.80%；在特枯水年时，相对产量在0.6以上的概率提高了11.29%。研究从定量分析的角度，以单位面积产量最大为目标，提出塘坝的控制运行规则，对指导水库、塘坝的联合运行，提高灌区的灌溉效益具有重要意义。