平原井灌区地下水多年调节配水模型及其应用

华北平原纯井灌区水资源严重不足。限水灌溉是保持地下水平衡、农业可持续发展的必要条件,通过对作物耗水规律及地下水动态规律的分析,在保持地下水多年平衡的前提下,不追求个别年份高产,以多年粮食总产量最高为目标,提出了地下水均衡开采的调节配水模型,并采用非线性规划理论对该模型进行了论证。应用该模型可计算出不同水文年地下水开采量及各作物灌溉定额,进而计算灌溉制度,可广泛应用于纯井灌区的井灌工程的规划设计。     

韩董庄引黄灌区水资源优化调配研究

应用线性规划数学模型对河南省韩董庄引黄灌区作物种植布局和引黄水及地下水联合运用进行了分析.对作物种植规划,作物灌溉增产效益,引黄工程及井灌工程运行费用,引黄供水能力等参数进行了详细分析计算,建立了灌溉水资源优化调配模型,应用计算机求解提出了灌区作物种植优化布局方案及水资源优化调配方案,并给出了各种灌溉方案条件下的灌溉效益,所得结果对灌区规划与发展具有重要参考价值.     

基于多年降雨资料的作物灌溉制度多目标优化

在非充分灌溉制度条件下,基于农田水量平衡模拟模型和作物产量计算模型并考虑随机降雨的影响,以灌溉日期和灌溉水量为决策变量,将多年作物相对产量均值最大、多年作物相对产量方差最小以及作物全生育期的总灌溉水量最小作为优化目标,建立了能够同时对灌溉日期和灌溉水量进行优化的多目标优化模型.以玉米的非充分灌溉制度优化为例用上述模型及算法进行了计算分析,并与典型年法得到的优化结果进行了对比,结果表明:基于多年降雨资料的优化灌溉制度具有较强的适应性和鲁棒性,可以避免由于灌溉日期安排不合理而导致的减产或绝收问题.     

韩董庄引黄灌区水资源优化调配研究

应用线性规划数学模型对河南省韩董庄引黄灌区作物种植布局和引黄水及地下水联合运用进行了分析。对和物种植规划，作物灌溉增产效益，引黄工程及井灌工程运行费用，引黄供水能力等参数进行了详细分析计算，建立了灌溉水资源优化调配模型，应用计算机求解提出了灌区作物种植优化布局方案及水资源优化调配方案，并给出了各种灌溉方案条件下的灌溉效益，所得结果对灌区规划与发展具有重要参考价值。     

节水灌溉可行性研究阶段水资源平衡分析

为了对节水灌溉可行性研究阶段的水资源平衡进行分析，首先对区内水资源进行了界定，然后，将可供水量分成地表水和地下水可供水量分别计算，再针对不同的作物，选择适宜的灌溉制度，进行需水量的计算，最后，进行水量平衡分析，使供水量大于或略大于需水量。     

FAO56在鲁西北平原地下水浅埋区的试验验证

利用大型称重式蒸渗仪多年冬小麦季日蒸散量数据,对FAO56推荐的作物需水量计算方法在地下水浅埋区的适用性进行了验证.模拟结果表明,在充分供水的灌溉制度下,即使不考虑地下水补给,单、双作物系数法的模拟结果也较精确,对各生育阶段的模拟误差并没有明显的规律,双作物系数法在覆盖度低的初期和后期可以较好的反映灌溉和降水的影响;当供水较少且不考虑地下水补给时,单、双作物系数法和土壤水分胁迫系数修正法的模拟误差均较大.因此,在地下水浅埋区灌溉和降水偏少时,FAO56计算作物需水量的方法应慎重应用,如何考虑地下水对蒸散发的补给,从而实现FAO56在地下水浅埋区的应用还有待于进一步研究.     

河套灌区小麦套种向日葵田间灌水有效性评价

春小麦套种向日葵是河套灌区主要的粮食作物与经济作物种植模式之一。针对河套灌区目前典型种植结构以及地下水位埋深比较浅的独特情况,应用土壤水动力学理论和SPAC系统理论知识,定量分析计算作物生长季节大气水、土壤水、灌溉水、作物水和地下水的相互转换关系;同时应用FAO推荐的Penman-Monteith方法及套种模式作物系数计算方法,对作物实际腾发量进行计算;最后应用水量平衡原理对田间灌溉水有效性进行评价,为河套灌区灌溉制度改进与优化提供理论依据。     

基于GS的小流域水资源动态平衡

通过收集互联网免费资源（如数字高程模型、土地利用图）和实地考察资料（如灌溉排水图、作物数据、土壤数据以及用水部门历年水资源利用数据等等数据）进行数字化处理，采用1 km×1 km的小网格为单元，建立了以日为时间步长的基于GIS的流域水资源平衡模型。模型可以动态模拟地面水，土壤水和地下水的流动及平衡并可用ArcView实现可视化。模型对汾河流域太原盆地水平衡时空变化模拟结果合理。该模型可以为有效开发利用水资源提供参考并可用于预测流域水资源动态变化。     

基于采补平衡的河套灌区井渠结合模式及节水潜力

确定合理的渠井结合比以保证地下水采补平衡,是发展井渠结合灌溉、保证灌区节水和可持续发展的重点和难点。根据井渠结合区的地下水可开采量与井渠结合井灌区的灌溉用水量之间的平衡关系,建立地下水补给均衡模型。该模型考虑各级渠道输水、田间灌溉和降雨入渗对地下水的补给,地下水开采量则根据井灌区灌溉用水量确定,建立地下水补给与地下水开采量之间的均衡方程,通过求解该均衡方程,得到井渠结合区渠井结合比的合理范围在2.3~3.4之间。同时,通过局部敏感性分析方法,分析了该模型涉及参数中对渠井结合比影响程度较大的5个参数,敏感性从大到小依次为:地下水可开采系数、土地利用系数、渠道输水补给地下水系数、田间灌溉补给地下水系数、降雨补给地下水系数。进一步根据渠井结合比,计算了灌区实施井渠结合灌溉的节水潜力,结果表明,井渠结合全部实施后,灌区的节水潜力在3.4~4.6亿m~3,节水效果显著。     

山东禹城引黄灌区非充分灌溉配水模型

为了制定有多种作物且灌溉水源为动态变化的灌区的配水计划，提出了由充分灌溉和非充分灌溉2级模型组成的配水模型。其中非充分灌溉配水模型包括优化模型和模拟模型2部分，优化模型的方案具有较好的经济效益，而模拟模型的方案便于实施。模型中联合运用引黄水和地下水，可减少因黄河缺水对农业造成的重大损失。在此基础上编制的山东禹城灌溉配水管理决策支持系统界面友好，实用性强，基本上可灌溉灌区的管理需要。     

不同地下水埋深下冬小麦和春玉米非充分灌溉制度研究

根据山西省中心灌溉试验站多年灌溉试验资料,首先,分析计算无地下水的条件下(地下水埋深3.0m)冬小麦和春玉米的经济灌溉定额,在此基础上,参考当地作物关键灌水期、地下水补给量及降水等试验资料,进一步确定两种作物在6种不同地下水埋深条件下不同水文年型的非充分灌溉制度。研究结果可为当地农业实际生产提供参考,具有较高的实际应用价值。     

基于两阶段优化配置模型的济南泉域补给区灌溉水源置换研究

目前全球地下水能保持持续平衡的地区日趋减少,不合理农业灌溉成为很多地区地下水系统恶化的主要因素之一。济南市历城区地下水用于农业灌溉是当地地下水位下降的重要因素,对于济南泉域、白泉泉域喷涌有直接影响。针对研究区农业用水特点和水生态文明建设水源置换的要求,建立两阶段优化配置模型,将灌溉用水配置分为2个阶段,阶段一,以生态、节水和经济效益为目标,引入单位脉冲响应系数约束地下水利用量,实现区域地下水与地表水的合理配置;阶段二,以作物最大产量为目标,进行作物生育阶段水量配置和种植结构调整。结果表明,采取两阶段优化算法与用水结构调整后,可以有效减少地下水利用量,2011—2014年平均地表水与地下水用水结构由原来的3∶7调整为5.2∶4.8,较好地实现地下水源置换目标,同时地下水位计算值较实际年分别增加0.31、1.12、1.55和3.38 m,对保证泉域持续喷涌具有重要作用。     

河套灌区典型区土壤水-地下水动态与转化关系研究

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。运用水量平衡法对地下水浅埋区农田土壤水与地下水的转化关系进行定量研究,结果表明：生育期内农田土壤水分变化属于“灌溉降水入渗补充-腾发消耗型”;受灌溉影响,不同时期地下水埋深动态具有显著的灌溉型特征,土壤水渗漏补给地下水明显抬升地下水位,地下水排水和潜水蒸发又降低地下水位;在作物生育期内,土壤水与地下水进行双向补给,且不同时期具有不同的转化特征;研究区2年生育期内灌溉降水补给土壤水分别为544.56mm和541.85mm,平均腾发量为465.5mm和434.8mm,土壤储水量减少61.96mm和63.1mm,土壤水补给地下水为207.73mm和236.94mm。研究可为当地及相近地区农业节水灌溉提供科学依据。     

基于人工示踪方法的河套灌区根系层净淋滤水量研究

【目的】获取河套灌区作物根系层的净淋滤水量,对灌区根系层进行盐分平衡分析。【方法】兹利用溴离子作为人工示踪剂,研究了河套灌区根系层净淋滤水量,并采用简化的盐分平衡方程估算盐分达到平衡时根系层的平均土壤含盐量。【结果】河套灌区根系层年净淋滤量为40.8 mm,与水均衡法计算结果(41.6 mm)相互验证良好;不同灌溉方式的净淋滤量之间存在明显差异;地下水埋深和秋浇水量是决定净淋滤水量的关键因素。灌区若采用矿化度为1.0~2.5 g/L的地下水进行灌溉并维持现有灌溉制度,盐分平衡时的根层土壤溶液质量浓度将接近作物耐盐极限。【结论】灌区引黄水渠灌可维持现状灌溉制度不变;若采用矿化度较高的地下水进行灌溉,需适当加大淋盐水量,以保证长期利用条件下根系层盐分能满足作物正常生长的要求。     

非充分灌溉下作物优化灌溉制度仿真

以非充分灌溉理论为基础，建立了灌区单一作物优化灌溉制度的动态规划模型。建模时考虑了灌区的降水、地表水、土壤水及地下水等多种水资源联合使用问题，在模型中体现了地表水的使用优先于地下水的事实。将模型应用于华北某灌区，并对不同的初始条件进行了仿真，利用逐次渐近法求得了多种灌溉方案，计算结果对估计作物的水分生产函数、建立灌区水资源优化配置的大系统协调分解模型具有重要意义。     

春小麦-夏玉米套种模式下田间灌水有效性评估

春小麦-夏玉米套种是河套地区主要的粮食作物种植模式,且研究区处于浅地下水位地区,地下水与作物根层土壤水交换频繁。针对这种河套灌区典型种植模式以及浅地下水的独特情况,基于SPAC系统,应用水动力学理论定量分析计算作物生长季大气水、灌溉水、土壤水、地下水和作物水的相互转化关系,确定“5水”之间的相互转化的动态过程和量化关系。由于河套灌区独特情况,传统的土层静态切割法不符合实际,故应用水量平衡方法时田间灌溉水的有效性进行评价,从而有助于灌溉过程中的分析与管理决策。     

基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制系统研究

为解决中小规模温室大棚的滴灌问题,设计出一套由作物蒸散量模型计算作物灌溉量的智能化滴灌控制系统。系统采用温湿度传感器测量不同高度上的温湿度差,利用波文比-能量平衡法计算出作物的蒸散量,并将蒸散量换算为灌溉量,通过单片机设定程序控制电磁阀的开关时间即控制灌溉量多少。对比试验证明,该方法方便、可靠,可应用于温室大棚的精确灌...     

基于数值模拟的新疆灌溉水田间入渗系数研究

在我国干旱内陆地区,节水灌溉技术的发展使得地下水资源发生变化,精确评价地下水资源量的核心是确定灌溉水的田间入渗系数。为了研究不同灌溉模式下的田间入渗系数,采用HYDRUS-1D软件建立模型,以豆类作物为研究对象,对两种不同灌溉模式下的田间入渗系数进行模拟,模拟结果的相对误差为1.5%,证明模型对土壤水渗漏规律及灌溉水渗漏量的模拟是可靠的。传统灌溉与节水灌溉的田间入渗系数分别是0.542和0.337,同时,作物不同生长期的渗漏累积变化量及田间入渗系数也有所差异。不同灌溉模式下的田间入渗系数取值范围的确定能为地下水资源评价提供理论支持。     

河西绿洲灌区主要作物需水量及作物系数试验研究

利用Penman-Monteith公式计算了甘肃张掖绿洲主要作物各生育期参考作物蒸散量,利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算了作物实际蒸发蒸腾量,并计算比较了充分灌溉和非充分灌溉条件下不同生育期作物需水特征,确定了非充分灌溉条件下主要作物的作物系数。结果表明,非充分灌溉条件下,主要作物各生育期需水规律和充分灌溉具有一致变化趋势。非充分灌溉条件下,小麦、玉米、马铃薯全生育期作物系数平均值分别为0.81、0.7和0.73。在全生育期当中,随生育期的延续,主要作物叶面蒸腾比例逐渐增大,棵间蒸发逐渐减少。     

基于农户灌溉用水模型的渠井结合灌区渠井用水比例研究

为应对变化环境下农业用水供需矛盾日益突出的挑战,确定渠井结合灌区适宜的渠井用水比例,实现渠井结合灌区地下水多年动态平衡和生态系统的可持续发展.采用半结构化访谈的方式在典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区进行了大量田间调查,获取了作物种植类型、产量和种植成本,灌溉水源选择、灌溉用水量等基础数据,并将观察到的农户灌溉行为概念化和程序化,将农户灌溉用水行为与作物根区水文过程进行耦合,开发了一个具有物理机制的农户灌溉用水模型,模拟了不同渠井灌溉用水比例对地下水位动态、作物产量和农户生计的影响.模型在典型区域应用的纳什效率系数为0.58,表明模型可以用来模拟渠井结合灌区的地下水位.结果表明:若要维持灌区地下水位稳定和地下水采补平衡,塬上灌区丰、平、枯水年的渠井用水比例应分别为2:98、28:72、30:70,塬下丰、平、枯水年的渠井用水比例应为全井灌(0)、28:72、29:71.考虑丰蓄枯补原则,丰水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为10:90和17:83时,地下水位可上升2 m;枯水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为21:79和13:87时,地下水位可下降2 m.仅改变渠井用水比例时作物产量不变,且井灌比例增加时亩均净收入略有下降.开发的农户灌溉用水模型可以用来模拟渠井结合灌区的农户灌溉用水对地下水的影响,并可以量化渠井用水比例对地下水位、作物产量和农户生计的影响,可以确定不同水平年塬上、塬下灌区适宜的渠井用水比例,为灌区地表水地下水联合高效安全利用提供强有力的技术支撑.