半干旱地区大型灌区水文生态系统质量综合评价——以陕西省泾惠渠灌区为例

根据泾惠渠灌区水文生态现状和存在的主要问题,构建了由3层16项指标组成的综合评价指标体系;基于层次分析法进行了指标权重分配,确定了评价标准和两级模糊综合评判法,并以泾惠渠灌区2000年的具体指标值为例,进行了实例验证。结果表明,水文气象要素和生态环境要素的质量都为中等水平,两者对中等级别的隶属度分别为36.7%和42.3%;而社会经济要素的质量相对较差,对很差级别的隶属度高达61.1%。总体来说该灌区2000年的水文生态系统质量处于中等水平。评价结果与实际情况基本相符,说明层次分析法和两级模糊综合评判法在半干旱地区大型灌区水文生态系统质量综合评价中具有一定的应用价值。     

不同加气方式和灌水量对滴灌加工番茄耗水及生长的影响

探究不同灌溉定额与加气方式互作对加工番茄耗水及生长特性的影响,提出适宜北疆滴灌加工番茄的最佳水气组合模式。通过大田试验,设置4个灌水水平（W1-5 400 m·hm^-2,W2-4 950 m·hm^-2,W3-4 500 m·hm^-2,W4-4 050 m·hm^-2）和2种加气方式（物理加气O1、化学加气O2）,以不加气为对照 (S),共12个处理。加气提高了加工番茄耗水量,对全生育期而言,物理加气和化学加气较不加气处理耗水量分别提升13.65% 和9.27%。加气降低了0~80 cm土层平均含水率,在膨大一期,加气处理下含水率变化最明显,物理加气和化学加气较不加气处理平均含水率分别降低6.38%和5.32%。物理加气对加工番茄生理生长指标的提升最为显著,较不加气处理,膨大期叶绿素含量提高6.49%,成熟期地上干物质量提高 4.13%。物理加气4 950 m·hm^-2水气组合下叶绿素含量、果实形态和单果质量达到最大,耗水量增幅效果最大。物理加气下灌水量为4 950 m·hm^-2是较为适宜的水气结合模式,可为北疆滴灌加工番茄加气灌溉实际应用提供理论依据。     

气候变化和人类活动对干旱区内陆河径流量的影响——以新疆玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站为例

近55 a来,新疆玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站年径流量呈增加趋势,为了研究气候变化和人类活动影响下肯斯瓦特径流的变化规律,利用肯斯瓦特水文站1955-2010年数据资料,采用线性回归、趋势分析及滑动平均等方法,分析肯斯瓦特站的径流和气候变化特征,并运用Mann Kendall和累积距平法识别出径流变化过程中1995年为其突变年份,降水量变化过程中突变年份为1997年,而蒸发量突变年份为1996年。利用统计分析法分析了1955-1995年和1996-2010年2个时期的累积径流量、降水量和蒸发量与年份之间的线性关系。采用累积量斜率变化率比较法,计算得出肯斯瓦特站降水量增加对径流量增加的贡献率为59.64%,蒸发量增加对径流量增加的贡献率为31.83%,人类活动对径流量增加的贡献率为8.53%,表明气候变化是影响径流量变化的主要因素。     

高寒区多口融冰井引水渠道水温变化三维模拟及井群优化布置

为探讨抽水融冰技术解决严寒地区渠道冰害的效果,以新疆玛纳斯河流域红山嘴二级电站引水渠道为研究对象,对多口融冰井同时运行条件下引水渠道水温变化过程进行三维模拟,其模拟结果和原型观测结果平均相对误差为4.61%,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上,通过改变井水流量、井前渠水流量和水温、外界大气温度等条件,对混合水温沿程变化过程进行了模拟。结果表明:1)仅将井水流量变为原来的50%和1.5倍时,井水注入量与混合水温成正比,且对混合水温的影响较大;2)仅将井前渠道水温分别降低和升高0.2和0.4℃时,井前渠道水温与混合水温成正比,且对混合水温的影响也较大,因此增大井水流量或者合理布置井群是抽水融冰最有效的方法;3)根据井前渠道水温为0.1℃,井前渠水流量分别为10、15、20和25 m~3/s,大气温度分别为–5、–10、–20和–30℃的模拟结果,得到了各井的不冻长度值,且随着井前渠道流量增大和外界大气温度降低,融冰井的不冻长度均随之减小,最后给出了在不同井前渠道流量和不同气温条件下融冰井的不冻长度和井的布置桩号等合理优化布置方案,此研究为解决寒区水电站引水渠道冰灾防治问题提供科学依据。     

滴灌葡萄的双线源水分分布特征及计划湿润层深度计算研究

通过葡萄的大田试验,分析了不同灌水量下滴灌双线源的土壤水分分布特征和湿润范围,并得出了适宜滴灌葡萄的土壤计划湿润层深度。结果表明:在灌水定额分别为0.40、0.67、1.11、1.60m3/hm2时,湿润宽度与灌水定额存在较好的对数函数关系。土壤含水量达到田间持水率、土壤最小含水率的土体范围随着灌水定额的增加而扩大。线源处土壤含水量在深度为0～30cm范围内达到一个最大值。根据水量平衡方程,利用代入法反算出滴灌葡萄适宜的土壤计划湿润层深度为0.3m,为滴灌技术的设计和灌溉制度决策提供了一定的依据。     

土壤冻融温度影响下棉田水盐运移规律

以新疆北部常年膜下滴灌棉田为研究对象,探讨整个冻融过程中温度对土壤水盐运移规律的影响。研究结果表明：气温对土壤温度的影响随着土壤深度的增加而不断减小,滞后时间不断延长,并且气温对冻土的消融速度远远快于冻结速度,上层冻土消融速度快于下层。土壤水分受温度的影响较大,在冻结期,土壤水分从非冻结层向冻结层缓慢运移;在消融期,下层土壤水分在蒸发作用下不断向上运移。通过监测分析得知,温度间接影响盐分运移,在冻结期,土壤水分运移缓慢,土壤盐分运移变化较小;在消融期,土壤水分运移较为活跃,土壤盐分运移变化较大。在温度快速上升的情况下,土壤水分不断上移, 120～150 cm土壤盐分迅速向上扩散,上层土壤盐分不断增加,威胁膜下滴灌棉田可持续种植。     

半干旱地区大型灌区水文生态系统质量综合评价——以陕西省泾惠渠灌区为例

根据泾惠渠灌区水文生态现状和存在的主要问题,构建了由3层16项指标组成的综合评价指标体系;基于层次分析法进行了指标权重分配,确定了评价标准和两级模糊综合评判法,并以泾惠渠灌区2000年的具体指标值为例,进行了实例验证。结果表明,水文气象要素和生态环境要素的质量都为中等水平,两者对中等级别的隶属度分别为36.7%和42.3%;而社会经济要素的质量相对较差,对很差级别的隶属度高达61.1%。总体来说该灌区2000年的水文生态系统质量处于中等水平。评价结果与实际情况基本相符,说明层次分析法和两级模糊综合评判法在半干旱地区大型灌区水文生态系统质量综合评价中具有一定的应用价值。     

降解膜覆盖对滴灌玉米土壤水温变化及其生长的影响

针对聚乙烯地膜覆盖产生的农田残膜污染问题,探明新疆滴灌条件下可降解地膜覆盖在玉米上的应用效果。通过设置不同降解膜(M1:诱导期为100 d,黑色氧化生物双降解膜;M2:诱导期为80 d,白色氧化生物双降解膜;M3:诱导期为80 d,黑色完全生物降解膜;M4:诱导期为100 d,白色完全生物降解膜)和普通地膜(PE)共5种处理,研究降解膜覆盖对滴灌玉米土壤水温变化及生长的影响。结果表明:灌浆期前,各处理间土壤含水率无显著差异;灌浆期后,M2和M3处理21～40 cm平均土壤含水率较PE膜处理显著降低2.76%和2.89%,M1和M4处理与PE膜处理无显著差异。灌浆期至成熟期,4种降解膜处理各土层土壤平均温度与PE膜处理无显著差异。玉米苗期5～25 cm土层土壤温度日变化均呈现低—高—低变化趋势。相较于PE膜处理,生育前期降解膜处理对玉米株高、茎粗、叶面积指数和干物质积累量不产生显著影响,成熟期M1、M2、M3和M4处理的玉米株高分别减小3.09%、2.23%、2.50%和1.44%,干物质积累量分别减小0.87%、6.67%、2.72%和2.29%。对照于PE膜处理,M1、M2、M3和M4处理的产量分别降低0.43%、19.18%、5.74%和5.40%,水分利用效率分别降低1.09%、17.06%、5.42%和4.62%,其中M1处理与PE膜处理差异不显著。综上,诱导期为100 d的黑色氧化生物双降解地膜(M1)应用效果较好,可考虑在干旱区的生产实践中推广使用。     

水氮耦合对微咸水膜下滴灌棉花光合特性及产量的影响

为明确水氮耦合效应对微咸水膜下滴灌棉花光合作用、产量及水肥利用效率的影响,寻求、优化适合微咸水储量丰富地区的最佳水、氮区间。设置3个水平的灌溉定额：2 500、3 500、4 500 m/hm（W1、W2、W3）;4个水平的施氮量：100、200、300、400 kg/hm（纯N）（N1、N2、N3、N4）。结果表明：棉花光合参数、产量及水肥利用效率等指标水氮耦合效应极显著。灌溉定额增加,棉花产量（Y）、氮肥偏生产力（N_PFP）先上升后下降,净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）增加,灌溉水利用效率（iWUE）和细胞间CO₂浓度（C_i）减小。对P_n、T_r、G_s而言,W1、W2水平时,均为N2水平的促进作用最大;W3水平时,N3水平提高最明显。对棉花C_i来说,W1、W2水平下,均在N4水平处取得最大值;W3水平下,N1水平时得到最大值。对Y、iWUE而言,W1水平时,N2水平的促进作用最大;W2、W3水平时,均为N3水平提高最明显。对N_PFP来说,灌溉定额相同时,均为N1施氮量提升效果最显著,N4施氮量的抑制作用最大。棉花产量最大值、最小值分别出现在W2N3、W1N4处理,依次为6 725.89 kg/hm、5 045.54 kg/hm,相对减少了24.98%。通过建立多元回归方程,结合归一化处理和空间分析方法得出,棉花Y和P_n同时大于等于相对值0.9时的最佳灌水施氮量为3 335.08~3 968.36 m/hm和273.83~344.73 kg/hm。     

滴灌棉田不同种植模式对棉花根区土壤盐分及出苗率的影响研究与数值模拟

为了探明膜下滴灌棉田不同种植模式对棉花根区土壤盐分及出苗率的影响规律,以田间试验为基础,控制出苗水灌水量,研究棉花根区土壤盐分的运移特征及出苗率,并建立HYDRUS土壤盐分运移模型,模拟1膜2管6行、1膜3管6行和1膜3管5行的种植模式下,在出苗水灌水量不同时,棉花根区土壤盐分的分布规律。结果表明:灌水后,膜孔处0～20 cm深度土壤盐的质量分数随蒸发时间延长而逐渐增高,威胁棉苗生长,且土壤盐质量分数与棉花出苗率呈线性负相关,棉花出苗时0～20 cm深度土壤盐质量分数的极限值、临界值、适宜值分别为6.81 g/kg、4.09 g/kg和2.28 g/kg;1膜3管6行种植模式下,当出苗水灌水量为1 125～1 275 m~3/hm~2时,可以兼顾保苗、节水的目标,是合理的机采棉种植模式。