不确定性条件下分布式农业生产预警模型构建与应用

构建了基于梯形模糊数和分布式作物模拟模型的空间分布式农业生产预警模型来实现作物产量和水分生产力综合警情预警预报。模型采用空间分布式作物产量和水分生产力作为警情指标来计算系统警级，引入梯形模糊数来表征目标产量和水分生产力的不确定性，采用空间分布式作物模拟模型来模拟常规灌溉、0.8倍常规灌溉和0.6倍常规灌溉下的作物产量和水分生产力，进而对现状1976—2012年和未来RCP4.5情景下2026—2045年不同灌溉水平下进行农业生产风险预报预警，并衡量了未来20年产量和水分生产力的静态协调度和每5年4个周期的动态协调度。结果表明，同一作物在不同土壤类型和不同灌溉水平下预警等级不同，警级随着灌溉水平的降低呈现不规则变化规律，协调性随着灌溉水平的降低而减小。模型能够识别出未来气候变化不同节水灌溉水平下的空间异质性作物产量和水分生产力的警级，实现精准化农业生产风险预警预报，有利于实现高效率降警处理。     

城市雨水径流非点源污染研究进展

城市雨水径流污染是城市非点源污染最主要的类型,具有随机性强、面积广、成分复杂等特点,对其研究有着重要意义。通过对国内外城市非点源污染机理、模型等研究进展的讨论,提出今后我国城市非点源污染研究的发展方向。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。     

U形渠道流速分布特性分析与试验

依据室内试验和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特性,建立了U形渠道水流横向流速分布指数律、垂向流速分布双幂律,给出了相关参数的确定方法,并提出了基于U形渠道水流分布规律的明渠测流计算断面中线“三点法”.实测资料验证表明:中线“三点法”在室内不同工况计算流量相对误差均在±4％范围内；除个别测点外,现场实测计算流量相对误差也在±5％范围内,说明中线“三点法”计算精确.与流速-面积法需9个测点相比,中线“三点法”节省了60％以上的测流工作量.     

不同水肥模式的水稻叶面积修正系数试验研究

叶面积修正系数直接决定着长宽修正系数法测量叶面积的精确程度.为探讨水肥模式对水稻叶面积修正系数的影响,基于水稻实测叶面积及叶片长、宽数据计算叶面积修正系数,并分析其变化规律.结果表明,各处理生育前期水稻叶面积修正系数接近或超过经验值0.75,中期较小,抽穗开花期略有上升并稳定至0.7左右.常规灌溉处理上层叶片叶面积修正系数较控制灌溉大,叶片更加细长.不同肥料处理中,控释肥处理叶面积修正系数普遍偏低;常规肥及实地肥处理在生育前期可以采用经验值进行叶面积计算;抽穗开花及以后各生育期,各处理均可采用相同的叶面积修正系数;生育中期各处理叶面积修正系数较低.     

耕作期内土壤水分和盐分运动规律及其影响因素

[目的]分析灌溉期内土壤水盐运动规律,为改进灌区耕作期灌溉制度存在的现行问题、土壤盐碱化治理以及节水型灌溉工程的实施对生态环境的影响提供科学指导。[方法]综合考虑土壤质地、灌溉方式、作物种植等因素进行试验点、观测点的布设,基于2a耕作期监测数据分析,通过常规方法对土壤脱盐积盐运移(表聚型、底聚型、均衡型及震荡型)、耕作期内不同耕种观测区内土壤盐分变化等方面进行计算分析,并对影响因子(地下水埋深、初始含盐量、降雨)进行相关性分析。[结果]灌溉初期土壤表层含盐量变化较早,灌后10d土壤含盐量开始回升,各观测区土壤含盐量随时间逐渐减小。[结论]荒地内不同土层观测期内呈积盐状态;不灌或少灌区域土壤表聚趋势加强;地下水埋深较深的井灌区,脱盐速率快于潜水位较高的渠灌区;初始含盐量越高,土壤脱盐量绝对值越大,相对脱盐率与初始含盐量并无明显关系。     

耕作期内土壤水分和盐分运动规律——试验设计及水盐变化

[目的]分析灌溉期内土壤水盐变化规律,为改进灌区耕作期灌溉制度存在的现行问题,土壤盐碱化治理以及研究节水型灌溉工程的实施对生态环境的影响提供科学指导。[方法]考虑土壤质地、灌溉方式、作物种植等因素进行试验点、观测点的布设,通过常规方法对水分变化、含水率、土壤盐分、地下水盐分等方面进行了计算分析,在此基础上,对其影响因子(灌溉方式、灌溉制度等)进行相关性分析。基于2a耕作期内时空变化监测数据分析土壤水分、盐分运动变化特点。[结果]耕作期土壤含水率随土层深度增加而增加,含水率变化频率随土层深度增加而减少。[结论]耕作期内,在地下水埋深较浅的情况下,过大的降雨量(灌水量)并不能得到更高的脱盐效率,甚至可能降低脱盐率,表层土壤呈现较明显的脱盐过程;地下水盐分变化与降雨关系密切。     

U形渠道水流流速垂向分布规律及模拟

为了明确U形渠道水流流速分布规律,指导田间用水管理生产实际,基于室内和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特点,将非对称封闭渠道流速分布结果引入明渠水流流速分布研究中,提出了垂向流速分布双幂律,同时给出了相关参数的确定方法,并采用实测资料对双幂律进行了验证.结果表明,U形渠道同一测线不同测点水流流速随着垂向位置的升高而逐渐增大,但在水面处有所减小,最大流速出现在水流表面以下.在此基础上建立的能够同时表达上下底面影响水流流速分布的双幂律,能够准确表达U形渠道水流流速分布特点;与常用流速分布规律相比,双幂律具有更高的计算精度.经实测资料验证,双幂律拟合流速垂向分布计算结果的相对误差较小,在相对深度处于0.10～0.95的计算区间内,双幂律计算相对误差小于5%,且对常见的不同断面、不同规模渠道具有普遍适用性.     

明渠水流测线平均流速横向分布及其应用

基于室内与田间试验,分析了明渠水流流速分布特性,提出了水流测线平均流速横向分布抛物线规律和明渠测流方法。结果表明,抛物线规律表达测线平均流速横向分布具有较高的计算精度,在(1-2x/B)>0.1的范围,实测与拟合计算流速的相对误差在±5%之间;利用测线均速抛物线规律对不同渠形测流具有良好的适用性,相对误差在±5%之间,且减轻了田间施测工作量和便于灌区测流自动化。     

浑水灌溉下土壤水分变化研究

通过开展不同含沙量和粒径组成浑水测坑入渗试验,对灌水过程中(120min内)含沙量和粒径组成因素对不同土层土壤水吸力变化率及变化响应时间的影响进行了初步研究。研究认为:灌溉浑水含沙量越大,泥沙粒径组成越细,水分在土壤中的运动速度越缓慢;同时,泥沙粒径越细,含沙量变化对土壤水分变化的影响越明显,可认为,细颗粒泥沙较粗颗粒泥沙能够更有效地充填土壤孔隙,阻断土壤水下渗通道,从而减缓土壤水分运动速度。