季节性冻融区井渠结合灌域地下水动态预报

该文以河套灌区永济灌域为研究对象,建立考虑冻融影响的分段式水均衡模型,预报12种井渠结合节水情景的地下水动态响应。结果表明:冻融期间气温对地下水埋深的影响在时间上滞后46.5 d,两者相关关系明显;地下水开发利用越多、秋浇采用黄河水的比例越小,节水规模越大,同时地下水位下降越明显。12种节水情景中,节水规模占现状引水量的5.7%~15.5%,全灌域平均地下水埋深增加0.05~0.24 m,井渠结合区地下水埋深增加0.16~0.38 m;灌域引黄水量与地下水埋深关系用二次函数进行拟合,决定系数R~2达到0.88以上;灌溉水利用效率的提高以及地下水位下降引起潜水蒸发的减小是井渠结合节水的实质。分析结果表明,考虑冻融影响的水均衡模型简单实用,可为中国西北干旱半干旱地区开展井渠结合地下水响应预报提供参考。     

河套灌区井渠结合膜下滴灌土壤盐分演化规律

针对内蒙古河套灌区井渠结合的问题,基于SaltMod模型建立井灌区和渠灌区水盐均衡模型,并引入含水层侧向交换量对模型进行改进,利用隆胜井渠结合试验区15 a水盐观测资料对改进的模型进行率定和验证,采用验证后的模型分析了隆胜井渠结合区在现状条件下以及在井渠结合膜下滴灌推广实施后区域的土壤盐分演化规律。结果表明,现状条件下隆胜井渠结合区土壤盐分基本稳定,尤其是渠灌区根系层盐分基本稳定,保持在较低水平,可以在长时期内满足作物生长的需求。当推广井渠结合膜下滴灌后,井灌区的生育期灌溉定额和地下水埋深对其灌溉用地根系层土壤盐分积累的影响较小,而地下水矿化度与秋浇频率的影响较大。对于井灌区,建议采用黄河水2年1次进行秋浇压盐,可以长期将土壤全盐维持在3 g/kg以下,以满足作物生长需求。     

利用地下水模型模拟分析灌区适宜井渠灌水比例

为了获取泾惠渠灌区适宜井渠灌水比例,科学合理地确定农业节水方案,该文综合应用ArcGIS和PMWIN地下水模拟软件建立了灌区的地下水分布模拟模型,根据灌区历年农业用水实际情况设定了10种灌溉情景模拟灌区地下水位的变化趋势,通过地下水模型分析研究了灌区井渠灌水比例。利用VB程序语言改写EVT蒸发蒸腾子程序包,使其能模拟非线性蒸发,潜水蒸发量计算精度得到较大改进。研究表明:1)渠首有效灌溉引水量在3.7～4.1亿m3,井渠灌水比例控制在0.35～0.55,基本可以保持灌区地下水采补平衡;2)渠首有效灌溉引水量在1.5～2.0亿m3,井渠灌水比例控制在0.5～0.7,也能实现灌区地下水采补平衡;3)目前井渠灌水比例在0.9～1.2,已引起灌区地下水超采。建议井渠灌水比例控制在0.5～0.7,加大农业节水力度、增加水价财政补贴、进行地下水人工调蓄,实现灌区水资源高效持续利用。     

人工神经网络在渭北灌区地下水位动态预测中的应用

地下水位动态变化受自然和人为因素的影响和制约,是一个复杂的非线性系统,而准确地预测地下水位变化在灌区水资源开发利用和生态环境建设中有着重要的意义。利用人工神经网络方法具有并行分布处理的高度非线性功能,对渭北黄土台原灌区典型水井地下水位进行了模拟预测。结果表明,人工神经网络有较高的预测精度,具有一定的推广应用价值。     

关于发展农业节水灌溉的建议

本文提出了农业节水的关键是：节水的主要潜力在河水灌　区，要按农业用水需要量控制灌溉水量，要在河水灌区积极开发利用浅层地下水和微咸水，　发展井渠结合灌溉的统一管理并改革水价．     

基于调控适宜性区域评价的红崖山灌区地下水位动态预测

红崖山灌区位于中国典型干旱内陆区石羊河流域下游,当地地下水的过度开采已引起地下水位持续下降、生态环境严重恶化。2006—2010年期间,红崖山灌区实施了"关井压田"等相关治理措施,并于2010年开始对青土湖进行生态泄水,用水环境随之发生变化。该文运用GIS技术和FEFLOW软件,基于2011—2012年观测数据构建了红崖山灌区潜水三维数值模型;基于井群调控原则,对研究区进行调控适宜性区域评价,在此基础上以地下水开采量为基准设置了若干调控方案;利用构建的地下水数值模型对现状条件和各种调控方案下20 a内地下水动态变化进行了预测。结果表明:现状用水条件下,当地地下水位依然整体以低降幅持续下降,地下水降落漏斗进一步扩大;水量的削减能让地下水位下降趋势得到有效的遏制并修复地下水降落漏斗;依据评价值大小确定限釆比例的方案比全区域均匀比例限采方案能更有针对性地回升地下水位、修复地下水降落漏斗,且调控井数更少。     

基于蒸渗仪群淮北平原冻融期裸土及麦田潜水蒸发规律研究

为研究淮北平原冻融期潜水蒸发规律,采用五道沟水文实验站38套原状土蒸渗仪1991-2018年试验资料,采用非线性拟合方法,揭示了冻融期（12-2月）砂姜黑土和黄潮土有无作物潜水蒸发变化规律。结果表明,淮北平原冻融期多表现为昼融夜冻现象,砂姜黑土和黄潮土有无作物潜水蒸发均随埋深的增大呈先增后减趋势,在埋深0.1～0.3 m区间出现最大值,且种植小麦潜水蒸发量比裸地小。裸地情景下高斯函数拟合最好,拟合优度R2均大于0.9,其中砂姜黑土冻融期12-2月潜水蒸发量最大时埋深平均值在0.08 m左右,黄潮土在0.29 m左右。小麦生长情景下类高斯函数拟合最好,拟合优度R2均大于0.9,其中砂姜黑土冻融期潜水蒸发最大值对应的埋深为0,潜水蒸发随埋深递减,而黄潮土对应的埋深在0.23 m左右,2种土壤有作物时最大值对应的埋深均比裸地小。拟合的函数形式可直接用于冻融期旬潜水蒸发量的计算。     

考虑盐分累积及冬小麦产量品质的井渠结合灌溉模式优选

为探究井渠结合灌区地表水与地下水适时适量灌溉模式,以田间小区为研究尺度,探索不同渠井灌水比例(0、33%、67%、100%)、不同灌水定额(600、900、1 200 m3/hm2)对2013-2016年冬小麦产量、品质及根层土壤盐分动态变化特征的影响。结果表明:1)不同灌溉定额对纯渠水灌溉模式下冬小麦产量的影响较纯井水灌溉模式大。高定额纯渠水(灌水定额为1 200 m3/hm2,渠井灌水比例为100%)灌溉模式下的冬小麦产量最大,2015年为9 195 kg/hm2。2)增大灌水定额有利于冬小麦容重、湿面筋和稳定时间的增加,而对蛋白质含量的影响不明显。井水有利于蛋白质含量、湿面筋和稳定时间的增加,有利于弱化度的降低。在地表水资源相对充足且追求产量最大化的情况下,可选择高定额纯渠水灌溉模式;在地表水资源不充足的情况下,可选择中、高定额"井水+渠水+渠水"灌溉模式。3)连续4 a年灌溉后冬小麦根层土壤盐分有小幅增加趋势,纯渠水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最小,其次是井水+渠水+渠水灌溉模式,纯井水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最大。在地表水量相对充足且以产量最大化为目标的情况下,可选取高定额纯渠水灌溉模式。地表水资源不充足的地区,可选择高定额"井水+渠水+渠水"灌溉模式,而在水资源紧缺地区,可选择中定额"井水+渠水+渠水"灌溉模式。     

基于ANN技术的大型灌区节水改造后农田水环境预测

为了研究大型灌区节水改造后区域农田水环境的变化及可能引起的环境负效应,该文以中国黄河河套灌区为案例,通过区域水盐动态的监测和多年水文、地下水资料的分析,以三个不同尺度下的试验区为研究对象,用人工神经网络技术中的BP、RBF模型对农田地下水文和土壤水盐变化进行了系统预测,求得中国内蒙古河套灌区在未来不同节水水平下灌区地下水文、土壤水盐的变化趋势,并与传统的有限元数值法和水均衡法的结果进行了对比,得出的预测结果具有一定的合理性和一致性。说明人工神经网络技术在进行复杂系统的模拟预测中显示突出的优势,可获得较好预测效果,适合未来因子变化的区域趋势估计,提出了在气候干旱、土壤盐渍化灌区的科学引水量应存在一个适度的环境安全阀值,可以为大型灌区节水改造提供宏观管理决策依据。     

渠井结合灌区农户灌溉用水模型的构建与应用

在水文模型中耦合准确模拟农户灌溉用水行为的模块可以构建更符合实际的灌区水循环模型,可以定量计算农户灌溉用水对渠井结合灌区水循环的影响。以典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区为研究区,采用问卷调查与访谈的方式收集了大量的农业生产和农户灌溉用水数据,在深入分析灌溉用水影响因素互馈关系和渠井结合灌区水循环特征的基础上,采用Python语言构建了渠井结合灌区农户灌溉用水模型（HCLU模型）,该模型由水文、作物、农户生计和灌溉行为4个模块组成,可以概化灌溉用水的各个环节并实现农户灌溉行为与水文物理过程之间的紧密耦合,定量计算灌溉水源、灌溉定额、灌水时间和灌溉方式等对灌区水循环的影响,模拟作物产量与灌溉量的关系,为灌区水资源可持续管理和农业种植结构的调整提供强有力的技术支撑。     

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明：通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。     

秋浇条件下季节性冻融土壤盐分运动规律

针对内蒙古河套灌区春季地表反盐的问题,采用田间试验的的方法对秋浇条件下季节性冻融土壤的盐分运动规律进行了分析。结果表明,秋浇在短期内只是将上层土壤盐分淋洗至下层,冻结初期才是盐分从田间排走的主要时期;在冻结和排水的共同作用下,冻结期土壤盐分运动规律复杂,导致冻结层储盐总量变化不大,而主要的返盐过程则发生在消融期。在经历整个试验期后,0～100cm和0～150cm土壤储盐量均有不同程度增加,说明秋浇并没有完全达到淋洗盐分的目的。另外,良好的排水条件在一定程度上抑制了盐分的向上累积,这一点在冻结期表现最为显著。     

井渠结合灌区用水效率指标尺度效应研究框架

现有灌溉用水效率尺度效应的研究大部分集中在地表水灌区,而较少涉及地下水利用灌区,该文针对井渠结合灌区存在地下水回归利用的实际情况,以河北省石津灌区为背景,在国际水管理研究院（IWMI）提出的水收支方法的基础上引入回归水利用指标,提出了在井渠结合灌区进行用水效率指标尺度变化规律研究的工作框架。在所提出的框架中,评价指标选择IWMI体系,数据获取手段主要为资料收集和试验观测,尺度划分方式按照现有灌区管理模型分为灌区,干渠,分干,支渠和田间5个尺度。研究成果展现了灌溉用水效率尺度效应研究所涉及到的指标选取、尺度划分、水收支解析、水平衡要素数据获取方式、回归水分析5个方面的工作过程。该框架对于开展中国北方井渠结合灌区的节水灌溉尺度效应研究有着一定的参考价值和借鉴意义。     

基于SHAW模型的内蒙古河套灌区秋浇节水灌溉制度

根据内蒙古河套灌区秋浇节水与土壤盐渍化防治的需要,利用SHAW模型模拟确定了不同盐渍化土壤合理的秋浇节水灌溉制度。结果表明：对于轻度盐渍化土壤,秋浇定额一般为142～183 mm,秋浇时间为9月28日－10月23日;对于中度盐渍化土壤,定额应该为180～200 mm,时间在10月14日－18日;对于重度盐渍化土壤,一般不种小麦,而种葵花等耐盐作物,定额为200～225 mm。因此,对于该灌区应该根据不同的土壤盐渍化程度,合理地安排秋浇。     

内蒙古河套灌区地下水合理利用的方案分析

内蒙古河套灌区地下水位浅,合理利用地下水可以减少灌区引黄水量,保证黄河下游用水。根据灌区实际情况,制定了灌区地下水利用原则,提出了地下水插花开采形式,并计算了开采条件下的地下水补给量,分析了引黄水量、地下水开采量及地下水位的关系,在“三亩补一亩”的开采条件下,地下水开采量以1 100～1 500 m³/hm²为宜。地下水合理开采可缓解灌区水资源紧张局面,对河套灌区水资源可持续开发利用具有重要意义。     

再生水灌区地下水防污性能区划模型的建立与验证

为促进地下水水资源保护和利用,根据研究区域的特点以及地下水防污性能的影响因素,基于DRASTIC模型,选用以下6个因子：地下水水位埋深、降雨入渗补给量、表层土壤类型、包气带岩性、含水水力传导度以及土地利用类型建立了再生水灌区地下水特殊防污性能区划模型。采用地理信息系统GIS技术和内梅罗指数法,绘制研究区域地下水综合污染指数分布空间图,并且探讨了防污性能区划的验证方法以及等级划分标准。结果表明：地下水综合污染指数与研究区域的防污性能具有很好的相关性（R2=0.9591）,采用DRASTIC模型评价地下水特殊防污性能是可行的,可为再生水灌区地下水的保护以及利用规划提供重要借鉴。     

耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。     

内蒙河套灌区咸淡水交替灌溉模拟及预测

为探索一种适合内蒙河套灌区特点、对区域土壤及地下水环境影响最小的咸淡水轮灌模式,预测长期微咸水灌溉条件下区域环境的变化,在田间试验及土壤水盐信息空间结构性分区的基础上,构建了描述非饱和—饱和水盐运动的耦合模型及其算法。通过对耦合模型的率定检验表明,模型计算值与实测值拟合较好,耦合模型能进行较好的循环计算,误差在允许范围以内,表明耦合模型具有较高的可靠性。基于耦合模型的咸淡水灌溉模式的数值模拟研究发现,“淡水-咸水-咸水”的咸淡水交替灌溉模式对区域土壤及地下水环境的影响在所有方案中最小;采用“淡咸咸”灌溉模式进行长期微咸水灌溉,整个研究区在非生育期的脱盐量大于生育期的积盐量,并且盐分主要通过排水沟系统排出区域外,土壤总体呈脱盐趋势;在模拟期内地下水位只有微小幅度的下降,地下水矿化度及含水层中的盐分呈下降趋势。在黄河水量逐年减少的形势下,“淡咸咸”灌溉模式为河套灌区提供了一条使区域环境可持续发展的开源途径,耦合模型的构建将为内蒙古河套灌区节水改造工程实施后及开发利用微咸水后的区域水土环境的预测预报提供参考及简便实用的途径。     

Effects of water-saving irrigation and groundwater depth on direct seeding rice growth,yield, and water use in a semi-arid region

In Iran, rice is grown in areas where the groundwater depth (GD) is low. Therefore, water-saving irrigation (WSI) can be used instead of continuous flood irrigation (CFI) in order to use the groundwater. The objectives of this study were to investigate the interaction effects of irrigation regimes and GDs on growth and yield of rice and groundwater contribution (GC) to crop evapotranspiration (ET) in cylindrical greenhouse lysimeters. Irrigation regimes were CFI and intermittent flood irrigation (IFI) with 4- and 8-day intervals (IFI-4 and IFI-8, respectively), and GDs were 0.3, 0.45, and 0.60 m. Results indicated that in a climate condition similar to experimental environment in greenhouse, using IFI-4 at a GD of 0.3 m produced grain yield and straw and root dry matter (DM) similar to those obtained when using CFI, with 53% reduction in irrigation water use. However, straw and root DM increased in CFI with increasing soil column length. Maximum GC/ET (41%) was observed when using IFI-4 at a GD of 0.3 m. A multiple regression equation was presented to estimate GC/ET as a function of GD and soil moisture deficit (SMD). This equation indicates that at a given GD with extension of irrigation intervals and increased SMD GC/ET reached a maximum value followed by a decrease afterwards. Maximum values of GC/ET were obtained at SMD values of 0.47, 0.40, and 0.33 at GDs of 0.3, 0.45, and 0.6 m, respectively.