基于SPA-VFS耦合模型的河套灌区灌溉用水效率分级

针对大型灌区用水效率分级评价问题,该研究构建河套灌区用水效率综合评价指标体系和指标分级标准,采用改进熵值法对评价指标赋权,将集对分析法(Set Pair Analysis theory,SPA)和可变模糊理论(Variable Fuzzy Set theory,SFS)结合,应用SPA-VFS耦合模型,进行河套灌区用水...     

干旱区引水灌区灌溉退水计算方法

准确计算干旱地区灌区退（回归）水,对水资源高效利用具有重要意义。针对中国西北干旱地区大量引水灌区的特点,该研究结合退水单位线和“水桶模型”（根系层的水均衡模型）建立了灌溉退水计算模型,并将该模型应用于甘肃省景电灌区（黄河流域部分）的退水计算,结果表明：灌区退水量计算值与监测值拟合良好,模型率定期和验证期决定系数分别为0.82和0.71,模型可靠。2000年至2019年深层渗漏量和退水量的分析结果表明：年深层渗漏量与净灌溉和有效降雨的总量呈显著正相关,相关系数r=0.718（P<0.01）;月深层渗漏量受灌区作物生长期的影响显著,69.6%的深层渗漏在冬灌（10－11月）期间产生;年深层渗漏系数与年深层渗漏量呈显著正相关（r=0.944,P<0.01）;月深层渗漏系数在作物主要生长期（4－9月）小于0.4,非生长期（11月至次年2月）大于0.8;年退水量与年深层渗漏量呈显著正相关（r=0.716,P<0.01）;月退水量与月深层渗漏量相关性较差,原因是灌溉退水存在明显的滞后性;研究区退水单位线表明灌溉退水滞后峰值在2个月左右,但深层渗漏对退水的影响可达24个月左右。退水单位线的参数具有明确的物理意义且易于确定,针对灌溉退水具有明显滞后性的干旱地区,该方法能够有效计算灌区灌溉退水量,可为灌区水资源管理和决策提供科学支撑。     

不同规模农户生产技术效率及灌溉用水效率差异研究-- 基于内陆干旱区农户微观调查数据

水资源短缺已成为制约内陆干旱区农业生产和经济社会可持续发展的关键因子。然而农户生产技术效率不高、灌溉用水效率低下、水资源浪费严重已成为不争事实。为此,基于农户这一微观视角,运用实证调查和定量分析相结合的方法,在黑河中游选择典型区域的甘肃省民乐县和临泽县进行了调查研究。结果表明,农户生产技术效率远高于其灌溉用水效率,民乐县和临泽县总体样本农户的平均生产效率分别为83.82%和83.16%,而其平均灌溉用水效率分别为24.54%和22.16%。这表明在现有技术条件和生产要素投入不变的情况下,若消除效率损失,民乐县小麦的单位产出可能增加16.18%,临泽县制种玉米的单位产出可能增加16.84%;同时也表明相对于现有生产条件下可行的最小水投入量,民乐县被访农户的小麦生产浪费了75.46%的水资源,临泽县被访农户的制种玉米生产浪费了77.84%的水资源。结果再次显示,农户生产低效主要是由生产技术非效率因素引起的,民乐县这一因素占73.45%,其余26.55%是农户控制不了的因素引起的;临泽县该因素占76.58%,农户控制不了的因素占23.42%。而且,不同经营规模农户生产技术效率和灌溉用水效率差异性明显。农户生产技术效率与经营规模呈现"倒U型",农户经营规模与其灌溉用水效率呈现同向变动趋势。最后就如何提高农户用水效率提出了几点政策措施。     

基于数据包络分析的河套灌区农业生产效率评价

为了科学评判农业生产水平,实现资源优化配置,该文运用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA),同时考虑蓝水、绿水等多种要素,分析了河套灌区5个区域2000-2008年的农业生产相对效率,并对非DEA有效决策单元(decision making unit,DMU)提出建议。结果表明:各区域农业生产综合效率差异不显著。杭后和五原效率的提高主要取决于能否有效利用生产技术,而生产规模是影响前旗效率的主要因素。为实现DEA有效,21个非DEA有效DMU的各投入平均调整幅度分别为16.66%(蓝水),22.23%(绿水),19.46%(盐渍化灌溉面积),20.66%(非盐渍化灌溉面积)和23.82%(农业人口)。灌区应该调整产业结构,改善灌溉设施,加强土地管理,同时在现有绿水资源利用情况下,建立节水高效型种植结构。该研究为探寻河套灌区农业高效生产模式,指导其他灌区农业系统改善提供参考。     

关于文峪河灌区节水灌溉的思考

文峪河灌区地处山西中部,设计灌溉面积3．42万hm^2,受益区包括吕梁、晋中两市的6个县,是山西省的六大自流灌区之一。目前灌区存在的主要问题是输水渗漏严重、工程老化失修、粗放型的大水漫灌和地下水资源缺乏统一有效管理。应采取的主要措施：取消沿途高灌,将河道输水改为防渗渠道输水;大力推广应用小畦灌、沟灌等节水灌溉新技术;加强节水灌溉管理,实行计量供水和灌区水资源统一管理。     

基于循环修正的灌溉用水效率综合评价方法

灌溉用水效率是最严格水资源管理制度建设中用水效率控制红线的重要组成部分,也是衡量灌区节水改造进展与效果的重要指标。针对灌溉用水效率评价中存在的单一方法评价结果不一致的难点问题,该文以12个灌区用水水平与用水效率实地调查分析为基础,首先采用突变理论评价方法、熵值法和层次分析法进行灌溉用水效率评价,再以Spearman等级相关系数作为检验标准,利用平均值法、Board法、Copeland法、模糊Borda法4种组合评价方法对单一评价结果进行组合,反复迭代,得到各灌区农业用水效率综合评价排序。最后,根据影响灌区排序的主要指标将灌区分为3类,指出了影响各灌区灌溉用水效率的主要因素及其改进措施,对灌区节水改造与农业用水效率管理具有参考意义。     

水稻灌区水量转化模型及其模拟效率分析

为更合理地定量描述和研究分析南方丘陵水稻灌区水量及其转化关系,在已构建的水稻灌区分布式水量平衡模型（改进SWAT模型）的基础上进一步从模型模拟结构、稻田水量平衡要素（蒸发、降雨、渗漏和灌排）模拟和渠系渗漏影响等方面对模型予以改进完善,以期能合理体现灌区特征,充分描述灌区水文过程,提高模拟精度,为灌区水量转化和节水潜力分析研究提供有效手段。文中将完善相关改进的模型应用于漳河灌区典型流域,并将其模拟结果与原SWAT模型模拟结果比较分析。结果表明：改进SWAT模型径流模拟总量与实测值基本一致,相对误差在±10.0%之内;Nash-Suttclife效率系数达到0.57～0.76;评价系数均在0.85以上。原SWAT模型径流模拟总量仅占实测值的30%～40%;Nash-Suttclife效率系数均低于0.50,甚至出现负值;评价系数在0.76～0.91之间。改进SWAT模型水稻蒸发蒸腾量模拟值与试验值相对误差仅为-4.76%,评价系数为0.93,Nash-Suttclife效率系数高达0.85;而原SWAT模型模拟值与试验值相对误差高达-38.49%,评价系数为0.73,Nash-Suttclife效率系数为负值。可见,改进SWAT模型因全面考虑水稻灌区水文特征,其模拟效率明显优于原SWAT模型,更适合于南方丘陵区水稻灌区的水文循环模拟。     

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。     

基于遥感蒸散发数据的耕地灌溉保证能力评价方法

灌溉保证能力是耕地质量的重要方面,为了提高区域耕地质量监测信息的获取效率,该文构建了一种基于遥感蒸散发的耕地灌溉保证能力评价方法。以MODIS蒸散发产品(MOD16)为数据基础,在水量平衡原理的基础上,利用降雨量、MOD16A2产品中的实际蒸散发参量,计算年度有效灌溉量;利用地面气象站点计算的参考作物需水量和MOD16A2月合成产品中潜在蒸散发参量,建立回归方程,得到空间连续的参考作物需水量;采用作物系数法结合区域作物类型分布图计算年度作物需水量,并在此基础进一步计算年度灌溉需水量;将有效灌溉量与灌溉需水量之间的比值作为灌溉保证能力评价的基础,利用多年的灌溉保证能力评价指标,监测和评价耕地灌溉保证能力。以河北省衡水市为研究区,开展了试验验证,结果表明,耕地灌溉保证能力综合评价结果与2012年补充完善后农用地分等成果中灌溉保证率的分级结果相比,除了在空间整体分布上具有较好的一致性外,级差小于1级的栅格单元达到75%以上。该文构建的灌溉保证能力评价指标物理意义明确、可获取性强,评价方法能够满足区域耕地质量监测与评价的应用需求。     

基于遥感数据分析干旱区人工绿洲灌区的水盐时空分异特征

干旱区人工绿洲的土壤盐渍化产生和演化过程是一个多要素参与、多层次驱动、多过程耦合的复杂过程。为揭示干旱扬水灌区区域尺度的水盐时空分异特征,以地处腾格里沙漠边缘的甘肃省景泰川电力提灌工程一期灌区为研究区,选取1994、2001、2008、2015年的直接参与驱动区域土壤水盐分异过程的地表盐分、土壤含盐量、地下水矿化度、地表灌水量、地下水埋深等5个指标因子。运用可拓层次分析法确定各指标因子权重,借助ArcGIS软件中监督分类以及空间分析技术,获取各指标因子的空间分布栅格图件,将各栅格图件进行标准化处理后按照指标权重进行空间嵌套并叠加,定量化地分析了研究区区域尺度的水盐时空分异特征。结果表明:研究区次生盐碱地主要分布在东部的封闭型水文地质单元,总体看,研究区内轻度盐碱地面积最大,中度盐碱地次之,重度盐碱地面积最小;从解译的进程发展态势可知,研究区盐碱地还处于发展过程中,并呈现出加速增长趋势;由可拓层次分析法分析各指标因子权重排序为地下水埋深(0.3190)地下水矿化度(0.2710)土壤含盐量地表盐分地表灌水量,可见,区域内的地下水埋深和地下水矿化度是影响区域尺度水盐时空分异进程的主要驱动因素;研究区水盐时空分布态势与总体地势相关,呈现出西低东高的总体分布特征,由西南向东北以弧线状递增的发展趋势,灌区内东北部封闭型水文地质单元地下水位抬升明显,土壤盐渍化发展迅速。     

基于遥感蒸散发的河套灌区旱排作用分析

干旱区灌区大量引水灌溉造成灌溉地地下水位明显高于非灌溉地,进而导致地下水、盐从灌溉地向非灌溉地的迁移（内排水）及盐分在非灌溉地的积累（旱排）。为分析灌溉地与非灌溉地间的水、盐迁移,拟建立基于遥感蒸散发的灌溉地-非灌溉地水、盐平衡模型,应用于内蒙古河套灌区中西部4县（旗、区）。结果表明,研究区年均内排水量为3.55亿m3,与排水沟排水量相当;灌溉地向非灌溉地的年均迁移盐量为151.7万t,其中灌溉地年均脱盐0.4 t/hm2,非灌溉地年均积盐2.7 t/hm2。可见,内排水和旱排对于灌溉地土壤盐渍化控制具有重要作用,在灌区排水、排盐规划中应综合考虑排水工程系统与内排水、旱排的作用。     

基于遥感技术的绿地耗水估算与蒸散发反演

为研究北京市五环范围内的绿地耗水总量和空间分布情况,该文应用高分辨率遥感影像、长时间序列气象数据、植被耗水规律研究成果等资料,进行绿地提取、耗水估算和蒸散发反演。主要步骤包括:预处理遥感影像,分析典型地物的光谱特征,层次分类提取绿地分布,估算不同气象条件、植被覆盖条件下的耗水量,以遥感技术为基础反演日蒸散发量。遥感技术提取的北京市五环内绿地面积为197.3km2,估算年耗水量为1.61亿m3。特枯年、枯水年、平水年和丰水年的净灌溉水量分别为1.09、0.75、0.59和0.35亿m3。应用地表能量平衡模型反演典型日蒸散发结果表明,城市水体、高植被覆盖率区和低植被覆盖率区的ET均值分别为11.1、5.7和4.0mm/d。五环内城区夏季典型日蒸散总量为126.6万m3,二环内、二三环间、三四环间、四五环间的绿地日ET总量分别为:10.3、14.2、20.4和81.7万m3,该研究可为城市绿地灌溉系统设计提供耗水总量和空间分布的信息。     

基于MODIS遥感数据计算无定河流域日蒸散

为研究无定河流域日蒸散分布规律,应用遥感数据、农业气象站测量数据及Nishida模型等对该流域日蒸散进行了模拟。首先用2001～2002年晴天中国科学院禹城生态试验站Lysimeter测量日蒸散验证模型,模拟与测量的日蒸散相关系数达到0.61。随后,用该模型计算了无定河流域日蒸散,发现无定河流域日蒸散存在较为明显的空间分布规律：2001～2003年连续3年的8月份日蒸散都表现为东北部蒸散明显小于西南部,这是因为东北部基本是荒漠而东南部多是农田,且8月份日蒸散基本在2～5 mm之间变化;从2001年8月份第222 d日蒸散空间分布看,无定河主干道两边蒸散显著高于其他位置,这是由于8月份无定河流域为多雨季节,河谷土壤水分较高的缘故;从2002年内变化来看,不同的土地利用/覆被类型日平均蒸散差别不显著。     

区域蒸散和表层土壤含水量遥感模拟及影响因子

以甘肃省武威市为研究区域,应用灌溉前后两景Landsat TM-5卫星遥感数据,采用SEBAL模型进行了区域蒸散估算,综合应用归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),计算了该区域的条件植被温度指数(VTCI),并估算了表层土壤含水量(0～20 cm)。在获得区域净辐射通量、地表温度以及植被覆盖度空间分布的基础上,进一步对灌溉前后两景影像中日蒸散和表层土壤含水量的影响因素进行了分析。结果表明,区域蒸散和表层土壤含水量的遥感估算与地面同步观测值比较,能较好地反映研究区域的蒸散和地表含水量的空间变异特征。当土壤较干时,区域蒸散的空间分布变异较大,而表层土壤含水量的空间变异较小。在灌溉前后两景影像中,日蒸散与净辐射通量、地表温度和覆盖度之间都有极显著的相关性,决定系数均在0.90以上,而日蒸散量与表层土壤含水量的相关性以灌溉后较高。此外,表层土壤含水量与地表温度、覆盖度都呈显著的相关性,但比较而言,地表温度指数关系的离散性较小,相关系数也大。但地表温度、覆盖度与表层土壤含水量的相关性都依赖于土壤干湿程度,通常土壤越湿,相关性也越高。     

地形效应下的区域蒸散遥感估算

在地表起伏地区,由于受到坡度、坡向等的影响,地表能量通量表现出与水平地表不一样的特征,为了定量表征起伏地表条件下的蒸散格局,以位于陕甘宁交界区的华池县、庆城县、镇原县、西峰区和合水县为研究区,从能量平衡原理入手,对各能量通量进行了量化计算,并着重考虑了蒸散的能量来源即地表净辐射的地形效应;同时,针对研究区地表特征,确定了土壤热通量的计算方案和感热通量的参数化方案,如零平面位移、动量粗糙长度、热量粗糙长度、动量和热量的稳定度校正项等算法;在此基础上,计算了研究区的瞬时蒸散,计算结果表明采用的蒸散遥感估算方案     

基于遥感蒸散发的区域作物估产方法

灌区作物产量估算对农业用水效率评价和灌区水分管理具有重要意义。该研究以干旱区代表性灌区-内蒙古河套灌区主要农作区为研究对象,基于遥感蒸散发模型HTEM和遥感作物识别结果获取河套灌区玉米生育期日蒸散发量。选取Jensen模型、Blank模型和Stewart模型3种常用水分生产函数模型,建立河套灌区玉米估产模型,并分析各估产模型的适用性及其参数。结果表明,研究区玉米生育期多年平均蒸散发量约为526 mm。3个模型均有较高的估产精度,其中Stewart模型的产量模拟精度最高,相对误差为4.30%,相关系数为0.75。因此,Stewart模型在河套灌区具有更好的适用性,基于遥感蒸散发模型、遥感作物识别模型和作物水分生产函数模型建立灌区作物估产模型可以取得良好的模拟效果。     

新疆地区农业灌溉水利用系数分析

采用传统渠道断面测验法、典型灌区田间水利用系数测验、“灌区首尾”等方法,综合研究干旱灌区灌溉水利用系数。结果表明：引输水渠灌、提水井灌、喷灌、微灌、低压管道输水5种灌溉用水模式,灌溉水利用系数分别为0.370、0.687、0.795、0.860、0.800;5种模式2011年综合灌溉水利用系数所对应的全疆灌区、南疆、东疆、北疆片区分别为0.498、0.479、0.682和0.581。基于柯布-道格拉斯模型分析相关因素对综合灌溉水利用系数的影响效应,结果表明,灌溉系统大力推进渠道防渗、井灌和高效农业节水建设,对于提升灌区综合灌溉水利用系数贡献明显。研究结果为干旱新疆灌区农业用水效率和水资源总量控制管理提供了技术依据。     

基于URMOD模型的市区蒸散发模拟与遥感验证

为了描述城市区域水文过程,该文利用中国水利水电科学研究院水资源研究所开发的分布式水文模型Simulating Model for Urban Water Cycle （URMOD）,以北京市四环路以内区域为例对不同下垫面蒸散发量进行了模拟计算。结果表明,城市区透水区域和不透水区域的蒸散发规律有很大差别,模拟期2002－2005年,草地、林地和水面的年均蒸散发量分别为578.4、571.2和1?130.5?mm,而不透水区域的年均蒸散发为161.0～269.1?mm。将模拟蒸散发量和遥感反演数据进行对比,模拟月蒸散发数据系列与遥感反演结果吻合度很好。该模型可以有效模拟城市区实际蒸散发量。