供水工程影响下中国北方地区耕地后备资源开发潜力

灌溉水源是北方地区耕地后备资源能否有效开发的关键。当前,中国正在推动国家水网工程规划建设,为北方地区耕地后备资源开发提供了新的机遇。在以往研究基础上,该研究考虑北方地区已建、在建及规划的供水工程,基于自然适宜、利用高效、发展稳定三方面评价准则,结合三维魔方空间分类方法,开展了雨养情景和供水灌溉情景下耕地后备资源开发潜力分析。结果表明：雨养农业情景下,北方地区勉强适宜（Ⅱ级）、中度（Ⅲ级）和高度（Ⅳ级）适宜的耕地后备资源面积分别为2.9万、1.0万和0.6万km²。灌溉农业情景下,耕地后备资源面积明显增加,勉强适宜（Ⅱ级）、中度（Ⅲ级）和高度（Ⅳ级）适宜的耕地后备资源面积将分别达到5.4万、7.6万和6.5万km²,主要集中于新疆、内蒙古和甘肃3省（自治区）。该研究结果可为中国耕地后备资源开发利用及国家水网工程效益发挥提供参考。     

基于叶气温差的生育中期冬小麦水分亏缺诊断研究

为了获取叶片尺度基于叶气温差的冬小麦生育中期水分亏缺诊断阈值,分析了冬小麦叶气温差的典型日变化及其与土壤水分、空气温度及太阳辐射等因子的相互关系,揭示了冬小麦叶气温差对光合气体交换参数的影响,确定了冬小麦叶片水分利用效率较适宜的非气孔限制值及叶气温差范围。结果表明,冬小麦叶气温差在不同的土壤水分条件下表现出不同的日变化规律,随光量子通量增加而升高,随土壤水分、气温增加而降低;4、5和6月冬小麦叶片水分利用效率较适宜的非气孔限制值范围分别为0.7~1.3、1.1~2.0和0.9~1.5,叶气温差控制范围分别为-1.2~0.4、-1.5~-1和-1.25~-0.9℃。     

基于低影响开发的校园雨水控制及效益分析

以安徽理工大学为研究对象,应用4种低影响开发(LID)方案(植草沟、下沉式绿地、雨水罐和植草沟-下沉式绿地-雨水罐组合)构建雨洪管理模型(SWMM),模拟不同雨水重现期下各种LID方案的水文和水质性能,并评价了经济效益.结果表明:植草沟的径流削减效率最好,可延迟流量峰现时间,且能有效地削减污染负荷;除雨水罐外,另外3种LID实践方案具有良好的环境效益;从成本效益上分析,下沉式绿地和组合LID实践方案的污染物控制效果较好,但其单位削减率成本高,植草沟对污染物控制效果不理想,但其具有最低的单位削减率;若想取得较好的污染物控制效果,则需要投入更大的成本,可以采用下沉式绿地或组合LID实践方案,下沉式绿地或组合LID实践方案不仅能有效削减峰值流量,缓解城市排水管网负荷,且对污染物的削减效果较好.可为中国校园中LID实践的应用决策提供理论支持.     

基于不同有效积温的玉米干物质累积量模拟

为获得研究区适宜的玉米干物质累积量(DM)估算模型,通过2017—2019年在吉林省长春地区开展的3年农田试验,观测玉米生育期内作物根区20 cm地温、40 cm地温、农田气温、作物冠层温度以及玉米地上部干物质累积量等数据,建立基于不同有效积温的Logistic模型及其归一化模型,并用实测数据进行模型验证。结果表明,基于有效积温建立的Logistic模型可以模拟单株玉米干物质累积量生长,但不同地点、不同年份所建立的模型参数差异较大; Logistic归一化模型能够很好地模拟区域玉米干物质增长,在利用实测数据进行模型验证中,基于作物根区20 cm地温、40 cm地温、农田气温和作物冠层温度4种类型有效积温的Logistic归一化模型,其均方根误差、相对误差、决定系数和模型一致性系数都能达到较优值;以2019年数据建立的Logistic归一化模型对玉米干物质累积量模拟效果最优;基于有效冠层积温的Logistic归一化模型模拟效果较优。本研究结果可为灌区精量灌溉决策和管理提供技术支撑。     

城镇居民生活弹性用水测算与节水潜力分析

近年来随着城镇人口的快速增长和生活水平的提升，我国城镇居民生活用水呈现显著增加趋势。居民生活用水用户分散，又与居民生活品质保障密切相关，因此居民生活节水既是重点也是难点。文中基于4271份居民生活用水调查问卷，分析了不同属性的影响要素对居民生活用水的影响，进而界定了居民生活弹性用水的概念，建立了弹性用水占比测算方法，测算了不同节水情境下的弹性用水占比。结果表明：在现状节水情境下，2020年我国城镇居民生活用水的弹性占比为17%,分用水环节来看，烹饪、洗浴、洗衣、冲厕用水弹性占比均在20%以上；在用水器具实现Ⅰ级水效全覆盖的节水情境下，我国城镇居民生活用水弹性占比可降低到9%,全国居民生活用水总量可减少20亿m³。基于计算结果，文中进一步提出了居民生活节水关键环节与主要路径，研究结论可为新时期居民生活节水工作提供指导和依据。     

具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀设计与结构优化

该研究创制一种具备自动排气功能（Auto-Exhaust function, AE）的毛管末端自动冲洗阀,以提高冲洗时长和冲洗水量。选取延时流道齿长和齿宽、上腔体容积和冲洗阀进口压力共4个因素,采用L18（37）正交试验设计18种规格的AE冲洗阀,并设置4种无排气装置（Non-Exhaust function, NE）的冲洗阀为对照,探究排气装置提升冲洗阀水力性能的作用机理和AE冲洗阀性能参数对试验因素的响应规律。结果表明,当进口压力为0.06～0.14 MPa时,AE冲洗阀的冲洗时长、冲洗水量和冲洗流速分别为18.2～67.7 s、3 904～12 367 mL和0.88～1.40 m/s。冲洗时长和水量与流道齿长、齿宽和上腔体容积均为正相关关系,与进口压力为负相关关系,冲洗流速只与进口压力有关,为正相关关系。流道齿长、齿宽和上腔体容积对冲洗时长和水量影响显著,进口压力对冲洗时长和流速影响显著（P<0.05）。AE冲洗阀能自动排出上腔体中的空气,增加蓄水容积,使其冲洗时长和水量分别比NE冲洗阀提高83.5%与75.4%以上。综合考虑延时流道抗堵塞性能、冲洗时长和水量等因素,推荐AE冲洗阀流道齿长、齿宽、上腔体容积和进口压力分别为1.2 mm、2.2 mm、19.1 mL和0.06 MPa,其冲洗时长和水量分别是NE冲洗阀的2.8和2.7倍,是进口冲洗阀的7.4和7.0倍,为67.7 s、12 194 mL。研究结果可为具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀的研发提供依据。     

场次降雨条件下考虑田梗高度的农田产流规律模拟

条块分割、田埂密集是海河平原农田的典型特征,科学认知田埂作用下的农田产流规律对解析平原区水循环演变过程至关重要。目前,流域尺度的农田产流规律的研究较少,关于降雨特征-田埂高度-农田产流三者之间的影响关系还不明晰,田埂作用下的农田产流规律是平原区水循环演变解析的薄弱环节。该研究基于CMOPRH遥感降水数据产品分析了海河平原场次降雨特征,并以Smith & Parlange入渗模型为核心构建农田积水产流模型,模拟海河平原降雨-产流过程。结果表明：1）海河平原场次降雨总量以小于25 mm为主,占降雨总场次的95%,10 h以内的场次降雨占比为96%,降雨总量和降雨强度由东北部向西北部递减;2）在2008-2019年降雨条件下,模拟无田埂、10 cm田埂、12 cm田埂、15 cm田埂四种情景的农田年均产流量,结果分别为62.4亿m3/a、19.7亿m3/a、13.1亿m3/a、5亿m3/a;3）田埂高度已知的条件下,降雨历时和降雨强度是影响农田产流的关键因素,以降雨历时为横坐标、降雨强度为纵坐标,可以通过拟合反比例函数曲线划分一场降雨是否产流;4）根据海河平原历史农田面积变化估算,2000年海河平原农田产流量相对1979年减少10.2亿m3,2016年农田产流量相对2000年减少5.1亿m3。该研究定量解析了降雨特征、田埂高度对农田产流的影响,为解析海河平原区地表水资源衰减原因提供了重要的规律认知。     

基于EPANET的再生水滴灌系统余氯分布模型构建

加氯处理是保证滴灌系统安全的重要措施之一,但是氯与灌溉水及滴灌管壁发生反应而引起的衰减会对余氯分布均匀性造成不利影响。该研究采用EPANET软件构建了再生水滴灌系统水力性能及余氯运移、衰减和分布模型,基于试验数据对模型水力和水质模拟参数进行率定和验证,并应用该模型分析了加氯模式(浓度-时长:1.3mg/L-185min、3 mg/L-80 min、6 mg/L-40 min和8 mg/L-30 min)和毛管长度(10～150 m)对系统余氯分布特征的影响。结果表明,EPANET软件可以较好地模拟滴灌系统水力性能及余氯分布特征,沿毛管方向余氯浓度模拟值与实测值一致性指数达到0.75以上。当毛管长度由10 m增加至150 m时,灌水单元平均余氯浓度与毛管末端余氯浓度随毛管长度增加呈先升高而后降低趋势,高浓度加氯处理平均余氯浓度和毛管末端余氯浓度随毛管长度增加衰减速率相对较小。较短的加氯历时(40 min)和过低的加氯浓度(如1.3 mg/L)均易造成余氯质量偏差率升高和均匀系数降低;建议使用加氯浓度3 mg/L且加氯时长80 min的加氯模式,该模式毛管极限铺设长度达到66 m,余氯质量均匀系数超过90%。     

低功耗经济型区域墒情实时监测系统

灌区墒情实时监测是现代灌区灌溉管理中的必要部分和基础工作。该文设计了一种利用微功耗处理器的墒情监测仪,仅用2节1号干电池供电,结合GPRS(general packet radio service)数据传输至网络服务器处理分析,从而实现了区域分布式的墒情监测。本系统设计装载4层土壤水分/温度传感器和1层水势传感器,根据灌溉管理需要布设在作物根区不同深度;利用微处理器和设计电路进行土壤墒情等参数的采集、存储、传输和控制,每小时采集1次数据、每日将数据发送至网络服务器。通过在灌区不同区域典型作物生育期内实际运行1 a结果表明,该系统采用干电池或锂离子电池供电,体积小而便于在田间布设,不影响农田耕作,方便经济;监测数据能够及时传送至网络服务器以进行结果处理和灌溉管理。该文同时也对系统特点进行了总结,并指出对该系统进一步改进和研发方向。     

尿素浓度对喷灌夏玉米生长和产量的影响

喷灌施肥灌溉时叶片对尿素的直接吸收作用是提高氮肥利用率的潜在因素之一。以地面灌溉、尿素撒施处理为对照(CK),通过设置不同的尿素喷施浓度,研究夏玉米生理生态指标和产量的响应特征。结果表明,追施尿素后叶片相对叶绿素含量(SPAD)增加,但不同尿素喷施浓度处理的夏玉米株高、SPAD无显著差异(P>0.05)。尿素喷施浓度对叶面积指数(leaf area index,LAI)和产量的影响具有较大的年际变化,2017年不同尿素喷施浓度处理的产量差异达到了显著水平,尿素喷施浓度为0.146%处理的产量(12.5 t/hm^2)显著高于尿素喷施浓度≥0.178%处理的产量(11.3 t/hm^2),2018年尿素喷施浓度为0.188%处理的LAI在喷灌施肥后的一段时间内出现了显著降低。喷灌施肥后,叶片吸收尿素对光系统活性和光化学效率的影响与SPAD有关,2017年SPAD较高时,喷施尿素后光系统活性和光化学效率呈先减小后增大规律,且尿素喷施浓度≤0.146%处理的抑制作用仅发生在施肥后1 d,尿素喷施浓度≥0.178%处理的抑制作用持续至施肥后3~5 d;2018年SPAD较低时,与CK处理相同,喷施尿素后所有处理的光系统活性和光化学效率均呈先增大后稳定规律。与CK处理相比,施氮量小于等于CK的喷灌处理的产量和水分利用效率与CK处理无显著差异,但氮肥偏生产力显著高于CK处理,证明了喷灌施肥灌溉的可行性及其节肥、增产潜力。