满足机械收割农艺条件下稻田排水暗管布局DRAINMOD模型模拟

在长江中下游稻麦轮作区,水稻秋收期阴雨连绵现象时有发生,收割机械因农田土壤过湿而无法及时下田收割。如果建设暗管排水系统,则可及时降低地下水埋深,保证机械收割的顺利进行。该文以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,以地下水埋深降至60~80 cm作为适于一般机械收割的田间排水要求,运用田间水文模型-DRAINMOD模拟了满足1~5 d机械下田条件的暗管排水布局,并分析了相应的田间水文效应以及模型主要输入参数的敏感性。根据研究区1954-2016年逐日气象数据(包含降雨、气温、湿度、风速和日照时数等)的模拟结果显示:考虑大型机械收割要求(地下水埋深大于80 cm),当暗管埋深为90~150 cm时,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为7.42~18.74 m、13.01~26.20 m和15.27~28.72 m;满足小型机械收割要求(地下水埋深大于60 cm)的暗管布置间距则可更大,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为10.36~19.59 m、18.17~30.90 m和22.88~33.02 m。多年平均机械收割天数对侧向饱和导水率、不透水层深度、土壤蒸发蒸腾量、潜水上升通量和土壤可排空体积5类参数最为敏感。研究成果可为类似水稻种植区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论依据。     

利用DRAINMOD模型模拟不同排水管间距下的作物产量

农田排水工程在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长和改善田间耕作管理等方面起着积极的作用,通过合理的排水工程来减轻或消除涝渍灾害的影响是提高产量的主要途径.DRAINMOD模型适用于地下水位管理系统及地下排水水位和产量变化.该文结合淮北平原砂姜黑土地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型进行长序列模拟,得到不同排水管间距对作物产量的影响,结果表明,对于冬小麦来说,排水间距的大小对其相对产量的影响较小,棉花生长期出现涝渍的概率超过50%,若排水间距大于40 m,相对产量下降明显,在该试验区地下排水系统的设计应以棉花的设计指标作为设计参数,用于指导排水工程的设计.     

宁夏银南灌区排水现状分析及计算

作为灌溉农业的一项保障措施，农田排水在维持田间水盐平衡的同时，也向下游输送了大量可能成为地表水污染源的物质。位于黄河上游的宁夏银南灌区由于历史原因形成的“大引大排”积习，每年将过量的农田排水排入黄河，成为下游水质污染源，同时也浪费了宝贵的水资源。该文针对宁夏银南灌区过量排水问题，对灌区排水现状进行了详细的分析和计算。结果表明，在现有灌排制度下，生长期内水田的农沟排水量约56 cm，占地下排水总量的58%；旱田的农沟排水量较少，只有1.0 cm，占地下排水总量的4%。建议在水田农沟上加筑控制性建筑物，如堰等，对排水量进行控制，达到节约灌溉用水和减少农田排水对下游河道污染的目的。     

应用DRAINMOD农田排水模型对地下水位和排水量的模拟

农田排水工程在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长和改善田间耕作管理等方面起着积极的作用,合理的排水系统设计是保证排水系统正常运行、作物正常生长的关键。以水平衡理论为基础建立的DRAINMOD模型,可用于研究排水系统对作物生长和各水文要素的影响,适用于浅地下水位和较湿润地区。该文对模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述,采用加拿大安大略省南部Eugene F. Whelan试验站自由排水和控制排水-地下灌溉两种水位管理条件下,1992～1994年6～8月地下水埋深观测值、3年地表径流和地下排水水量观测值对模型进行了模拟验证。图形显示和统计参数指标分析表明,模拟值与观测值拟合较好,表明模型具有良好的水文模拟性能,可用于预测地下水埋深、地表和地下排水量,是农田排水工程设计和水管理的有效工具。     

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。     

灌排控制措施结合沟塘湿地改善水稻灌区排水水质的模拟分析

针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型--DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不同水质目标的水管理方案。结果表明,在研究区目前常规灌溉（定额为9 600 m3/hm2,合水深960 mm）和常规排水（排水沟深0.6 m,等效间距50 m）模式下,农田单位面积上的年均排水总量高达1 162 mm,是灌溉量与降雨量之和的59%;其中地表径流占比51%,仅有25%是由降雨造成的不可控部分。采取理想的避免地表径流的干湿交替控制灌溉措施（年均灌溉量320 mm）可以显著降低排水量和氨氮的输出,相较于常规灌溉模式,可削减55%的排水量和59%的氨氮输出。研究区农田控制排水削减排水总量的效果较差,且在一定程度上增加了地表径流。由于地表排水中氨氮浓度（2.85 mg/L）高于地下排水（其浓度为1.80 mg/L）,地表排水比例的提高会增加排水对氨氮的输出。从研究区小流域范围内沟塘湿地分布考虑,目前灌溉与排水量均过高,现有沟塘湿地不足以发挥作用;只有通过控制灌溉措施显著减少排水量以后,才有可能利用现存的湿地面积将排水中的氨氮浓度降低到地表水水质标准Ⅴ类水。因此,该研究建议在合理控制灌排水量的基础上,通过整合、优化灌区现有沟塘湿地资源来有效改善研究区农田排水水质。研究可为类似地区农田排水污染控制提供理论依据。     

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。     

从水盐平衡的角度分析控制排水在银南灌区实施的可行性

宁夏银南灌区目前普遍存在排水过量问题。为了减少由此带来的由于农业污染物流失造成的环境问题,控制排水措施可以灵活调节现有系统的排水能力。该文根据控制排水的定义、作用及其适用条件,结合银南灌区的地理条件及其1979～1998年19年的水盐引排状况和水稻不同生育期的耐盐特性,从水盐平衡的角度分析,结果表明目前银南灌区处于脱盐状态且土壤盐分尚未达到作物的耐盐临界值,控制排水技术在银南灌区运用是可行的。     

用DrainMOD模型模拟稻田排水与氮素流失

稻田排水伴随的氮素流失是造成当前农业面源污染的主要原因之一。DrainMOD排水模型和DrainMOD-N氮素运移模型是模拟田间尺度下土壤水氮运移的有效工具。该文将模型应用于湿润的水稻种植区,对湖北漳河灌区稻田排水和氮素流失过程进行了模拟。结果显示,水稻全生育期模拟排水总量、硝态氮和铵态氮流失总量与实测值吻合较好,相对误差分别为4.6%、16%和2.8%,但从各生育阶段分开的模拟结果来看,还存在较大的误差。经初步分析,观测资料有限,模型参数率定不充分是主要原因。研究总体表明,DrainMOD模型可以有效地描述稻田排水排氮过程,对提高水肥效率,预防面源污染具有重要意义。     

滨海盐土地区稻田暗管排水效果试验研究

稻田渗漏量是调节土壤通透性、降解土壤盐渍害的重要控制指标,涉及自然、经济技术等多种复杂因素,该文依据渗漏量对地下水溶解氧、土壤氧化还原电位、作物产量等的影响特点,通过3年的试验研究,首次提出滨海沙性盐土地区稻田渗漏量的上限控制指标,为该类地区暗管排水系统的规划设计及运行管理提供了参考     

Evaluation of different methods for the determination of saturated hydraulic conductivity for simulation of water table depth and drainage discharge using the DRAINMOD computer simulation model

The purpose of this study was to investigate application of the DRAINMOD computer simulation model for estimation of water table depth (W) and drainage discharge (q) by using different values of saturated hydraulic conductivity (K _s) in a subsurface drainage system in Kooshkak area in Fars province. These values of K _s were obtained from the drainage system, a direct measurement of K _s calculated from drainage data (K _s1), Porchet method with saturated inverse hole (K _s2), ordinary Porchet method (K _s3) and saturated Porchet obtained using an empirical equation presented by Sepaskhah and Rezaee (K _s4) (Sepaskhah AR, Rezaee A. 1998. Hydraulic conductivity measurement for subsurface drainage system. Iran Agr Res. 17:139–150). The results indicated that saturated Porchet and saturated Porchet calculated using Equation (17) are reliable for determination of K _s because their values are close to that obtained from the direct method. Furthermore, the results indicated that W fluctuations and q are estimated properly by the DRAINMOD model, as shown by an index of agreement of 0.90–1.0 and 0.99 for W and q, respectively. However, q estimations were more accurate than W fluctuations, as shown by a mean absolute error of 0.045–0.243 and 1.73–25.44 for q and W, respectively. Using different values of K _s in the model caused tangible differences between the results, especially in W fluctuations, and showed that the model is sensitive to this parameter. Among the indirect methods of K _s determination, using the measured K _s obtained by the saturated Porchet method (K _s2) resulted in more accurate W and q. It was determined that the saturated Porchet method is more difficult and time-consuming than the ordinary Porchet method. Therefore, a relationship between these two tests has been developed in the study area [similar to the equation that was presented by Sepaskhah and Rezaee (1998 Sepaskhah, A R and Rezaee, A. 1998. Hydraulic conductivity measurement for subsurface drainage system. Iran Agr Res, 17: 139–150.  [Google Scholar])] and estimation of K _s from ordinary Porchet method can then be converted to saturated Porchet method for use in DRAINMOD model.     

结合遥感技术与水稻生长模型来预算水稻产量

Since remote sensing can provide information on the actual status of an agricultural crop, the integration betwee nremote sensing data and crop growth simulation models has become an important trend for yield estimation and prediction. The main objective of this research was to combine a rice growth simulation model with remote sensing data to estimate rice grain yield for different growing seasons leading to an assessment of rice yield at regional levels. Integration between NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) data and the rice growth simulation model ORYZA1 to develop a new software, which was named as Rice-SRS Model, resulted in accurate estimates for rice yield in Shaoxing, China, with an estimation error reduced to 1.03% and 0.79% over-estimation and 0.79% under-estimation for early, single and late season rice, respectively. Selecting suitable dates for remote sensing images was an important factor which could influence estimation accuracy. Thus, given the different growing periods for each rice season, four images were needed for early and late rice, while five images were preferable for single season rice. Estimating rice yield using two or three images was possible, however, if images were obtained during the panicle initiation and heading stages.     

排水循环灌溉驱动的稻区水循环模型与评价

排水循环灌溉可补充灌溉和减少涝水排放,具有缓解南方稻区旱涝急转和农业面源污染危害的潜力,但仍无有效的模型来模拟排水循环灌溉驱动下的水文过程。为此采用penman-monteith公式和作物系数法并考虑稻田渗漏与降雨有效性条件下应用水量平衡估算水稻灌溉需水量,改进SCS(soil conservation service)模型估算排水量,再以塘堰为对象建立调蓄排水和灌溉需水的水平衡演算模型。在漳河水库灌区应用该模型发现,水稻种植区存在大量的排水可供灌溉利用,而排水循环灌溉利用量受灌排面积比、塘堰容积率和塘堰初始蓄水率的影响;提高灌排面积比和塘堰容积率能明显提高补充灌溉率和排水再利用率,当两者达到一定值时补充灌溉率和排水再利用率便稳定在最高值,补充灌溉率高达20%;补充灌溉率随塘堰初始蓄水率的增加而缓慢增至20%,排水再利用率先随初始蓄水率的增加而稳定不变,随后逐渐降低。排水循环灌溉驱动的水循环模型为合理匹配排水循环灌溉的塘堰或排灌规模提供有效方法。     

基于排水过程分析的水稻灌区农田面源污染模拟

对前郭灌区主要面源污染物迁移、转化及汇集过程开展了2a的系统试验与监测,模拟了灌区面源污染水质水量过程,分析了灌区农田面源污染形成机制。水均衡测定结果表明,灌区排水主要由灌溉退水、稻田地表弃水和稻田渗流排水3部分组成,采用马斯京根法和连续分段马斯京根法能够有效地模拟各级排水沟道的排水过程。主要面源污染物随水体发生迁移及掺混,采用一级动力学方法描述污染物转化过程,模拟的灌区水质水量过程与实际过程符合较好,稻田地表退水主要影响水稻抽穗前的面源污染入河过程,而渗流排水则在抽穗后灌区排水水质中起主要作用。结果表明水稻灌区中地表排水和稻田渗漏排水对于面源污染过程起主要作用。     

节水灌溉控制排水条件下稻田水氮平衡试验与模拟

为了揭示我国南方灌区节水灌溉控制排水条件下稻田水平衡机制及其氮素迁移转化规律,以指导稻田水肥管理,该文以2007－2008年试验区域水稻生长期田间水氮监测数据为依据,基于一阶氮素动力反应方程,耦合田间水平衡及氮素渗漏和作物吸收过程,构建了田间水氮平衡模型,模拟计算了试验区稻田日渗漏水量与各氮素迁移转化过程中的日铵态氮和硝态氮量。结果表明,试验区田间水经渗漏和排水流失占降水和灌溉水总和的54.7%,气态氮素损失（挥发和反硝化）和渗漏是稻田氮素损失的主要途径,挥发和硝化损失量分别占铵态氮和硝态氮的30.6%和36.1%。渗漏流失中硝态氮明显高于铵态氮,排水中铵态氮高于硝态氮。通过渗漏流失的总氮素量亦较大,渗漏硝态氮和铵态氮分别占其相应氮素形态的9.8%和29.5%。因此,减少氮素气态损失有利于提高节水灌溉控制排水稻田氮肥利用率