灌区多水源工程联合调度的计算机实现

运用了计算机数据结构中图的基本理论，提出了灌区多水源工程联合调度流域系统集成的思想和方法；以全灌区用水量最大为系统目标，以单库优化为基础，建立了联合调度的数学模型；采用数据库技术、图搜索技术和可视化编程技术，探索了多水源工程联合调度的计算机实现方法；以渭河流域西部重点水源工程为例，对建立的联合调度模型进行求解，取得了较满意的结果。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

灌区分布式多水源时空优化配置

为充分考虑灌区多水源供需水时空分布不均问题,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为例,通过遥感技术反演土壤含水率并计算不同生育期的土壤水分修正系数,进而计算各子单元的作物需水量;分别以水库配水缺水量最小、灌区效益最大作为配置目标建立灌区分布式多水源优化配置模型,计算并分析9种水文情景下（蓄水高值-降水丰值、蓄水高值-降水平值、蓄水高值-降水枯值、蓄水中值-降水丰值、蓄水中值-降水平值、蓄水中值-降水枯值、蓄水低值-降水丰值、蓄水低值-降水平值、蓄水低值-降水枯值）配水量的时空分布规律。结果表明：通过遥感反演并模拟得出的灌区土壤含水率空间分布符合灌区实际土壤情况;漳滏河灌区4-8月的累计需水量最大,占全年总需水量的76.8%;不同情景下,民有分区的配水量均高于滏阳河分区,且空间分布变化规律明显;为保证灌区的经济效益,应优先选择水价较低、单位面积配水量较高的引黄水作为主要外调水源。研究结果可为灌区水资源时空配置及水资源高效管理提供新思路。     

基于区间多阶段随机规划模型的灌区多水源优化配置

灌区多水源灌溉系统中存在许多不确定性因素,随着系统环境的变化及不确定性因素的影响,导致其配水过程具有动态特征。针对灌区多水源灌溉系统的配水特点,该文建立基于区间多阶段随机规划的灌区多水源优化配置模型。同时,考虑灌溉水对作物产量的影响,引入水分敏感指数权重系数,并以黑龙江省和平灌区水稻不同生育阶段灌溉水资源优化配置进行实例研究。结果表明,在不同来水情境下,管理者可根据各个生育阶段水分敏感指数权重系数,判断作物不同生育阶段的需水敏感程度,当来水情境的来水量多时,会产生余水量,可调配给下一生育阶段;当来水情境的来水量少时,管理者可在减少灌溉水量与增加外调水之间进行权衡,并根据需水关键期与需水非关键期做出决策,使水资源在作物生育阶段间及作物生育阶段内进行分配,实现灌区多水源灌溉系统的动态配水。该模型的应用在确保作物产量的同时,使灌溉水资源在作物各个生育阶段进行合理配置,有效地避免了水资源浪费,对提高灌溉水利用效率、保证水资源的可持续利用具有重要意义。     

基于改进SWAT模型的南方多水源灌区灌溉用水量模拟分析

为提出一种合理有效的南方多水源灌区灌溉用水量模拟统计方法,该文针对南方多水源灌区水循环及灌溉取水特点对SWAT模型进行改进,尤其添加了多水源自动灌溉模块用于模拟作物不同水源类型的灌水量,并统计推求灌区灌溉用水量。以浙江省浦江县通济桥水库灌区为例,应用改进SWAT构建灌区水循环模型,利用灌区出口实测月径流数据及4条干渠渠首监测的灌水量数据校正及验证模型,其中月径流在验证期的Nash-Suttclife效率系数为0.89,干渠灌溉用水量模拟值与观测值相对误差的绝对值最大不超过20%,表明改进SWAT模型具有良好的模拟效果。利用所建模型模拟分析通济桥水库灌区长系列灌溉用水量,结果显示灌区灌溉用水量呈现丰水年小、干旱年大的变化规律;除监测的骨干水源通济桥水库及浦阳江取水以外,灌溉用水量的41.40%来源于灌区内部的河道、塘堰及小型水库,说明只监测干渠渠首灌水量无法统计整个灌区灌溉用水量;随着灌区节水改造投入,灌区灌溉水利用系数提高,其灌溉用水量减少。基于改进SWAT模型进行多水源灌区灌溉用水量模拟为灌区灌溉用水量统计分析提供了一种有效的方法。     

基于水量监测的多源灌区灌溉耗水量模拟研究

目前,多源灌区灌溉耗水量模拟存在精度不高的严重问题,导致无法有效实现多源灌区灌溉耗水量精确测量及水资源的高效利用,而现在常用的SWAT模型水循环模拟结构和水平衡要素的计算不适合多源灌区水循环模拟。在上述问题的基础上,本文提出了在灌区主要水循环节点建立水量测量和监测设施的方法,结合改进的SWAT模型建立水循环模型,模拟灌区农业耗水量。该方法能有效实现多源灌区农业灌溉耗水量的直接测量并与模型计算结合分析。     

不确定条件下考虑水循环过程的灌区多水源高效配置

灌区多水源配置涉及"大气水-地表水-土壤水-地下水"水循环过程,水文要素的变化增加了灌区多水源配置的复杂性,如何在不确定性条件下考虑农田水循环过程,将有限的不同来源的水量高效的分配到作物不同生育阶段,对促进灌区精准灌溉具有重要意义。基于此,该研究在径流与降水联合不确定性条件下,建立基于水循环过程的灌区多水源高效配置多目标模型,该模型耦合了Jensen模型与水短缺足迹模型,以实现节水增效的目的,并获得灌区高效配水方案对径流-降水联合不确定性的响应特征。结果表明：在不同径流与降水的组合情景下,基于各情景配水方案及发生概率,灌区主要生育期的综合配水量为2 241万m3,地表水与地下水的分配比例为6.5∶1,田间实际配水量占灌区可分配水量的95%;经济效益与田间配水量呈正相关关系,而水短缺足迹与田间配水量呈负相关,所构建的模型权衡了灌区经济效益、产量、蓝水利用量多个相互矛盾目标,与实际情况相比,灌区水分生产力可提高11%;不同情景下各生育阶段需要灌溉的程度不同,拔节期对缺水的敏感性最强,且水量分配变幅较大;分蘖期、拔节期和乳熟期采用以地表水灌溉为主,而抽穗期采用以地下水灌溉为主的方式可促进灌区节水增效;多水源配置方案使灌区灌溉的有效性在各情景下均呈现良好状态,可靠性在良好和中等水平之间,而灌区在灌溉的充分性方面有很大提升潜力。构建的模型能够反映水文要素的动态变化对灌区多水源配置的影响,明晰渠首引水与田间多水源配水的相互关系,并提出效益与用水效率同步提升的多水源配置方案,为灌区农业水资源的高效利用提供决策支持。     

好水河灌区库坝水资源联合调度研究

好水河流域内的张银水库、11座水保骨干坝、15座中小型淤地坝,在降水频率75%的情况下每年可为好水河灌区提供灌溉水量316.78万m3。由于缺乏水资源联合调度工程,水资源的利用效率极低,灌溉水利用系数只有0.3,且灌区灌溉面积逐年下降,目前已不足333 hm2。开展灌区库、坝、池水资源联合调度技术研究,建设库、坝、池水资源联合调度工程,推广利用库、坝、池联合调度和蓄、引、提相结合的水资源统一管理调度模式,使灌溉面积达到933 hm2,库坝拦蓄的水资源利用率达到73%。研究结果表明,发挥水保骨干工程在水资源配置中的作用,实现库、坝、池、窖水资源联合调度,是加快宁夏南部山区生态建设、发展现代旱作节水农业的有效途径。     

基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置

针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106~2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。     

南疆丰收灌区水资源多目标优化配置方案优选

针对灌区水资源多目标优化配置模型求解算法的不确定性和最优方案选择问题,以新疆阿克苏地区阿瓦提县丰收灌区为研究对象,以灌区可持续发展为目标,建立基于优选算法的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型.对比改进的NSGA-Ⅱ算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,带精英策略的...     

三江平原井灌区地下水人工回灌量测算

针对近些年来三江平原大面积发展井灌水稻所导致的地下水位持续下降问题,以853农场为例,采用水量均衡法,测算了853农场2006—2009年维持地下水收支平衡及地下水恢复至适宜埋深条件下的人工回灌量,结果表明:维持地下水收支平衡所需回灌量均小于5 000万m3;地下水恢复至适宜埋深所需回灌量均为2亿m3左右,远远超过维持地下水收支平衡所需回灌量;若继续沿用现状地下水利用模式,未来所需回灌量会更大,建议当地加大地下水资源管理力度。研究成果为853农场乃至整个三江平原地下水资源恢复及可持续利用提供了科学依据。     

基于小波变换的三江平原井灌区主汛期降水序列多时间尺度分析

近些年来,由于水田面积迅速增加,导致三江平原井灌水稻区地下水位普遍下降,吊泵、局部超采现象时有发生,因此,三江平原的地下水资源平衡急需恢复。为解决上述问题,以853农场为例,应用小波理论,对853农场实测主汛期降水时间序列的多时间尺度变化特征及突变特征进行分析,并与实测年降水序列变化特征进行了对比分析。结果表明:853农场主汛期降水序列具有3 a,6 a,29 a以及13 a左右4个主周期,同时,主汛期降水序列与年降水序列的主周期具有较好的一致性。该研究结果为853农场乃至整个三江平原充分利用天然降水、地下水资源的恢复及可持续利用提供了科学依据。     

复垦对三江平原土壤环境的影响

Soil environment in Sanjiang Plain has changed greatly because of the reclamation on a large scale The physical and chemical properties of soil have changed ,and soil erosion,soil saline-alkaliztion and soil pollu-tion occurred in some areas ,Thes Problems have obstructed the sustainable development of agriculture.For the sustainable use of soils in Sanjing Plain,in this paper we raise som suggestions and countermasures which might be refereces for experts and departments concerned.     

基于GIS的三江平原表层土壤有机碳储量估算及空间分布研究

[目的]研究三江平原2010年表层(0—30cm)土壤有机碳储量空间分布规律和不同土地利用类型对有机碳空间分布的影响。[方法]采用地统计学和GIS相结合的方法。[结果](1)2010年三江平原表层土壤有机碳总储量为1161.28Tg;(2)表层土壤有机碳空间分布变异性较大,中部和西南地区较低,东北、西北、东南地区较高;(3)不同土地利用类型土壤有机碳密度和储量有所不同,旱地表层土壤有机碳储量最大,为412.10Tg,草地最小,表层土壤有机碳储量为2.31Tg;(4)不同植被类型表层土壤有机碳密度大小顺序为:沼泽湿地林地草地水田旱地,沼泽湿地表层土壤有机碳密度为147.84Mg/hm2。[结论]三江平原土壤有机碳密度空间分布存在较大的分异性,土壤有机碳密度的空间分布特征受土地利用类型分布的影响。     

黑龙江省三江平原的苏打盐渍土

我国黑龙江省的三江平原，部分地区分布着小面积的苏打　盐渍化土壤，含盐量低，但是ｐＨ值高，碱化度大，具有着盐化与碱化同时进行的双重特性．土壤潜水埋藏较浅，属低矿化的ＨＣＯ３－Ｎａ型水，通常因土体下部存在铁盘层相隔而与其深　层地下水缺乏联系，以致在其形成过程方面有着某种特殊性．在改良利用方面，应在综合规划与合理布局的基础上，因地制宜地发展农林牧业，含盐较重的地段宜于放牧或作为割草地　，防止生态环境遭受破坏与盐渍化加剧，已垦的盐渍土耕地，尤应重视土壤培肥．     

基于多源遥感数据的三江平原日蒸散量估算

采用FAO Penman-Monteith(P-M)模型,结合多源遥感数据,实现空间尺度上的扩展,对三江平原生长季(5-9月)不同气象条件和不同下垫面条件下的日实际蒸散量进行了估算,并利用波文比观测数据对模拟结果进行了验证.结果表明:(1)观测站日实际蒸散发的模拟值与实测值较为一致,R2达到0.824,RMSE为0.493,研究所采用的基于遥感驱动的PM模型适用于三江平原日蒸散发的估算.(2)生长季内,三江平原的月蒸散发量呈单峰性分布,7月达到峰值;蒸散发量的空间分布与植被盖度和水分供给状况密切相关.(3)净辐射和气温是影响三江平原实际蒸散发的两个主要因子,其次为比湿和风速,此外,降水可以明显增加实际蒸散量,是影响区域蒸散发的关键因素.     

三江平原湿地CH4排放通量研究

2002年6月到10月在三江平原利用静态暗箱-气相色谱法对不同土壤水分状况或积水深度的毛果苔草沼泽、小叶章草甸以及灌丛进行了CH4排放的测定,结果为毛果苔草沼泽CH4排放通量(11.9 mg/m2·h)>小叶章草甸(8.5 mg/m2·h)>灌丛(0.75 mg/m2·h),差异达到高度显著水平(α=0.01),主要是由土壤水分状况不同而造成的.由于生境的差异,3种湿地类型CH4排放通量的季节变化形式也不尽相同.温度、土壤Eh和毛果苔草生物量是影响CH4排放的重要因素,湿地CH4排放通量和箱内外温度或不同深度的地温均呈显著或极显著正相关,小叶章草甸和毛果苔草沼泽分别与10 cm及15 cm的Eh呈极显著负相关(P<0.01),毛果苔草生物量和CH4排放通量呈显著正相关(P<0.05).     

基于GIS的三江平原生态环境地球化学质量评价研究

应用GIS,利用黑龙江省1:20万区域化探资料对三江平原生态环境进行了地球化学质量评价。通过评价得出:从三江平原生态环境单因子评价结果来看,本区绝大部分地区不存在重金属污染的问题,只是零星地区出现了轻度污染的现象,同时,本区Pb元素和Cr元素污染比较分散,而且分布范围比较广些,应该引起重视;从三江平原生态环境重金属综合污染评价结果来看,本区基本上不存在污染的问题,只是在南部的穆棱、西北部的萝北、中部的集贤和双鸭山以及东部的虎林和绕江交接处出现几片地方为轻度污染,而且综合污染指数一般不超过1.2,污染范围只占全区的3.5%,表明本区的生态环境地球化学质量是非常优越的。     

黑土区三江平原水土流失变化趋势研究

三江平原是我国东北黑土区重要的商品粮基地。基于GIS和RS,结合美国通用土壤流失方程(USLE),获得了三江平原1954、1976、1986、2000年4个时期的土壤流失量,并据此了解该区土壤侵蚀现状,分析水土流失变化趋势,为该区开展水土保持工作和政府宏观决策提供了科学依据。     

三江平原沼泽湿地土壤有机碳的垂直分布特征研究

以三江平原腹地挠力河、别拉洪河、浓江河流域天然沼泽湿地为研究对象,并以湿地开垦后的农田为对照,研究了沼泽湿地不同层次土壤中有机碳含量的垂直分布特征及其与pH值、N素的相关关系。结果表明,沼泽湿地土壤有机碳的垂直分布随土壤深度、植物群落类型和农业耕作方式的变化而变化;开垦使天然沼泽湿地0～45cm土壤有机碳损失90%以上;土壤不同层次有机碳含量与pH呈显著负相关(r=-0.651**,P<0.01),与全氮呈显著线性正相关。