干旱区流域水文生态系统质量综合评价研究--以新疆自治区玛纳斯河流域为例

根据玛纳斯河流域水文生态现状和存在的主要问题,构建了由3层19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,并以玛纳斯河流域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对玛纳斯河流域水文生态系统质量影响较大,两者对很差级别的隶属度分别高达38.4%和47.0%,而社会经济要素相对较好,对良级别的隶属度高达59.2%,总体来说该流域水文生态系统质量较差。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干旱区流域水文生态系统质量综合评价中具有一定的应用价值。     

不同立地条件下沙棘土壤水分分布特征及动态生长研究

为探究不同立地条件下沙棘土壤水分分布特征和生长情况,采用样地试验,设置2种坡向（阴坡、阳坡）和3种坡位（坡顶、坡中、坡底）进行研究。研究表明：（1）各样地内的土壤水分季节变化可划分为消耗期（5—6月）、快速补充期（6—7月）和消退期（7—9月）,天然降水对土壤含水率影响较大;（2）各样地内的土壤水分垂直分布为土壤水分显著变化层（Cv>0.2）、土壤水分次变化层（0.2>Cv>0.1）和土壤水分相对稳定层（Cv<0.1）;（3）不同立地条件对土壤水分及植株的生长具有显著影响。阴坡土壤水分明显高于阳坡,土壤水分由坡顶向坡底呈递减趋势;沙棘的生长指标及存活率表现为阴坡>阳坡,不同坡位表现为坡底>坡中>坡顶。研究结果可为玛纳斯县前山地带沙棘造林提供参考和理论依据。     

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。     

基于CFD的巴歇尔槽进口连接段结构优化与水动力学特性分析

【目的】探究巴歇尔槽上游进口连接段最优形式。【方法】采用SolidWorks建模软件对不同进口连接段形式(内接圆弧过渡段、外接圆弧过渡段、直面过渡段、无过渡段)建立物理模型,利用ANSYS18.0软件对模型进行网格划分与数值模拟,运用Tecplot后处理软件,在自由出流情况下,分析不同进口连接段形式对水头损失、水面线、测流误差、流速及压强的变化情况,得出输水效率最高的连接段形式。【结果】采取进口连接段过渡的巴歇尔槽相比无连接段过渡的水流流线更平缓;无连接段过渡的巴歇尔槽局部水头损失最大、内接圆弧过渡段形式巴歇尔槽局部水头损失最小。巴歇尔槽测流精度相对误差随着来流流量的增大而减小;当来流流量为0.01 m³/s时,4种设计方案测流误差分别为:16.3、15.9、15.4、17.7;当来流流量为0.2 m³/s时,4种设计方案测流误差分别为:6、5.9、5.2、5.5。4种设计方案中,直面过渡段形式巴歇尔槽测流精度最高;巴歇尔槽纵剖面速度、压强云图变化梯度明显,流速最大处位于喉道段、静水压强最大处位于上游雍水段。湍动能云图数值最大处位于气相所分布的区域,气相相较于液相具有更强的流动性,分子间的能量交换更加剧烈,内能消耗更大。【结论】测流工作应该在来流流量较大时完成、进口连接段加以衬砌,防止因静水压强导致巴歇尔槽形变而产生测流误差。     

新疆五家渠灌区渠系优化配水研究

通过建立多目标渠系优化配水模型,优化渠系配水过程,为新疆农业节水灌溉提供科学依据。以新疆五家渠灌区新东干渠作为研究对象,采用多目标粒子群优化算法以配水渠道的渗漏损失量最小,水流稳定为优化目标,建立多目标渠系优化配水模型,并与回溯搜索算法就配水时间和渗漏损失量进行比较。研究表明,多目标渠系优化配水模型能将配水时间从15 d缩短至约11 d,渠系配水量为71.58万m3,与回溯搜索算法相比,配水时间从14 d缩短至11 d,渗漏量减少了8.39万m3。采用多目标粒子群优化算法对新疆五家渠灌区新东干渠进行配水过程优化,不但满足了优化目标,减少了渠系渗漏,缩短了配水时间,且比回溯算法更具有实用性。     

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。     

基于双层阻抗模型的玛纳斯河流域ET遥感估算

针对水文水资源分析计算中最难估算的分量-蒸散发(Evapotranspiration,ET),以典型干旱区流域-玛纳斯河流域为研究对象,采用理论基础坚实、区域应用限制小、反演陆面蒸散发较为合理准确的双层阻抗模型,并根据研究区实际情况进行了模型参数化的基础上,结合MOIDS数据、气象观测数据和DEM数据,估算了该流域的陆面蒸散发量,并分析了其时空分布特征。研究结果表明:中高山区和绿洲平原区,由于植被覆盖度高,以植被蒸腾为主,蒸散发量小;而低山丘陵区和沙漠区,由于植被稀疏,以土壤蒸发为主,蒸发强烈,因而蒸散发量最大。     

基于CA-Markov模型的石河子垦区土地利用变化及预测

【目的】研究新疆石河子垦区绿洲人工化进程中土地利用时空演变规律以及驱动机制。【方法】以1990年、2000年、2010年和2020年的TM/ETM影像为基础数据,运用RS和GIS技术分析近30年垦区土地利用时空变化特征,利用CA-Markov模型和土地利用重心迁移模型,模拟预测2030年和2040年研究区的土地利用/覆被格局。【结果】(1)1990-2020年石河子垦区土地利用/覆被格局以未利用地为主,占总面积的41.18%以上,呈小幅波动变化状态;(2) 林地的重心迁移最显著,由北向南迁移了0.6°,耕地动态度变化最活跃,30年间平均每年增加2.72%,林地次之;(3) Kappa系数的一致性检验结果均高于80.36%。【结论】CA-Markov模型可信度较高,适合石河子垦区土地利用/覆被变化及空间格局预测。     

不同矿化度咸水膜下滴灌棉花土壤盐分累积规律及其数值模拟

咸水膜下滴灌技术是缓解干旱区灌溉水资源短缺的有效途径之一。该研究基于3 a不同梯度矿化度(2、3、4、5、6 g/L)水源膜下滴灌棉花测坑试验,分析棉花全生育期时段内不同土层盐分累积规律,并基于土壤水分及溶质运动理论构建了咸水滴灌棉田土壤盐分HYDRUS-2D数值模拟模型,分析数值模拟不同咸水矿化度下土壤盐分分布与运移累积特征的可行性。结果表明:1)3、4 g/L矿化度处理下盐分在时间水平上积累量少,且棉花株高、叶绿素、籽棉产量高于5、6 g/L矿化度处理,4 g/L为灌溉水源盐分阈值。2)土壤电导率随灌溉生育期整体呈现出逐渐累加的趋势,至吐絮期达到峰值;滴头位置处电导率随土层深度的增加均呈先增后减趋势,在60～70cm土层达到峰值,该土层各不同矿化度处理土壤电导率分别为3.04、3.18、3.15、3.00、3.12dS/m;3)盐分累积过程中呈锯齿型波动,灌溉水源矿化度越高累积趋势越显著;各土层盐分累积模拟精度以30 cm土层最高、10 cm土层最低,50 cm土层居中,不同土层实测值与模拟值的平均绝对误差小于等于0.168、平均相对误差小于等于15.321、均方根误差小于0.2、决定系数大于0.79,土壤盐分实测值与模拟值具有很好的一致性,说明数值模拟的可行性。研究结果可为干旱区不同矿化度水源膜下滴灌棉花土壤盐分运移机理研究提供依据。     

不同矿化度(微)咸水膜下滴灌棉田土壤水盐分布及棉花生长特性研究

（微）咸水资源运用于农业灌溉为缓解干旱半干旱地区淡水资源紧缺问题提供了关键途径,适宜矿化度水质灌溉棉田可有效增加作物产量且在短期内不会加重土壤盐渍化。为探明不同矿化度水质膜下滴灌对棉田土壤水盐运移及棉花生长的影响,于2018—2020年开展测坑试验,设置1、2、3、4、5、6 g·L^-1等6个不同矿化度灌溉水源情景,分析土壤水盐、八大离子、水化学类型变化及棉花生长特性。结果表明：（1）（微）咸水灌溉下土壤含水率在花铃期达到峰值,矿化度5、6 g·L^-1处理下土壤含水率明显高于其他处理,窄行处灌后12 h各处理土壤含水率在60 cm土层处达到峰值,各处理土壤平均含水率峰值为20.61%;土壤盐分随着棉花生育期的推进及灌溉水矿化度的增加而增大,并逐年增加。（2）离子含量随着灌溉水矿化度增加而增加;（微）咸水灌溉下各处理盐分被滴灌水淋洗至60~100 cm土层,土壤溶液水化学类型主要为 Cl·SO₄-Na·Ca型。(3）灌溉水矿化度>4 g·L^-1时,棉花株高、茎粗、叶面积和叶绿素含量受到不同程度的抑制;4 g·L^-1处理下产量高出淡水处理0.02%,矿化度≤4 g·L^-1的水源灌溉下土壤积盐较少,是适宜的灌溉水源。