小流域雨水资源化潜力及其可持续利用分析

针对黄土高原地区水资源严重短缺的态势和生态环境建设的需要,基于可持续发展理念,以小流域作为研究单元,以雨水资源作为研究对象,提出小流域雨水资源化潜力的概念,分析不同层次的小流域雨水资源化潜力,探讨雨水资源可持续性与可持续利用的关系,建立了小流域雨水资源不同利用类型的判别模式,为黄土高原雨水资源的持续高效利用和流域生态环境健康发展提供理论依据。     

黄土区苹果园土壤剖面水、汽通量模拟研究

黄土疏松多孔且黄土区干旱少雨,汽态水可能在剖面水分运移中扮演重要角色。因此,了解非饱和带土壤水汽通量的循环运移规律,对实现干旱区水资源的可持续发展具有重要意义。基于黄土高原旱地苹果园剖面（0 ~ 200 cm）高频定位监测试验,采用水-汽-热-气耦合的STEMMUS（Simultaneous Transfer of Energy, Mass and Momentum in Unsaturated Soil）模型,探讨黄土剖面液态水和汽态水通量运移规律。结果表明：STEMMUS模型准确地再现了旱地苹果园剖面土壤水分(d介于0.81 ~ 0.98,NRMSE介于5.5% ~ 15% )和土壤温度( d介于0.98 ~ 0.99,NRMSE介于1.4% ~ 4.6% )的动态变化,对苹果树蒸发蒸腾量的模拟表现出良好的一致性(d介于0.92 ~ 0.96)。降雨对基质势梯度、温度梯度、液态水与汽态水通量均有显著影响,液态水与汽态水运移分别主要由基质势梯度与温度梯度驱动,且二者对土壤水分的最大补给深度在研究期内分别为100 cm和160 cm,表明土壤水通过向下的汽态水能够运移至更深层土壤。研究结果可增进对黄土剖面水分运移规律的认识。     

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。     

近50年河套灌区种植系统演化分析

以内蒙古河套灌区为研究对象,根据协同学支配原理,分别在作物种植系统资源环境、社会经济和种植结构子系统设置了序参量,利用基于协同学原理的种植系统演化特征识别模型,计算了河套灌区1960—2008年种植系统的有序度和协调度,分析了系统协调度变化规律,揭示了该系统的协同异化规律,提出了种植结构合理阈值区间。结果表明:种植系统协调度呈现波动性变化,但变化幅度不大,系统在2004年发生突变,系统异化特征明显;提出了作物种植比例合理阈值区间,粮食为(47.82%,62.66%),经济作物为(24.64%,43.49%)。     

水资源承载力研究现状与发展趋势分析

对水资源承载力概念与特征、水资源承载力评价指标体系以及评价方法等方面的最新研究成果进行了全面分析和总结,提出了目前水资源承载力研究中亟待解决的一些问题,并展望了水资源承载力研究发展趋势。     

基于HYDRUS-2D的雨水集聚深层入渗系统土壤水分运移模拟

为了解雨水集聚深层入渗(RWCI)系统土壤水分的入渗规律,设置不同灌水量(10 L、21 L和36 L)和RWCI设计坑深(40 cm和60 cm)的室内土箱试验,观测不同灌水量与不同水头变化情况土壤含水率变化和土壤湿润锋在径向和垂直方向上运移过程,依据非饱和土壤水动力学理论,建立HYDRUS-2D变水头边界条件土壤水分二维入渗模型。通过与实测数据对比,结果表明模型模拟值和实测值具有较好一致性:垂向湿润锋相对均方差(R_E)、平均绝对误差(MAE)和纳什系数(NE)分别为0.019、0.011 cm和0.994,径向湿润锋R_E、MAE和NE分别为0.018、0.851 cm和0.977,土壤含水率R_E、MAE和NE分别为0.188、0.016 cm~3·cm~(-3)和0.916。相比于设计深度为40 cm的RWCI系统, 60 cm RWCI系统在不同灌水量下能够更有效地增加果树根系分布层的土壤含水率,增加土壤水分入渗深度;相同灌水量下RWCI系统设计深度的径向湿润锋分布间无明显差异,而垂直方向的分布具有明显差异;RWCI系统在相同的设计深度下,随着灌水量增大湿润锋在垂向与径向的运移距离差异逐渐增大。     

不同耕作措施对枸杞土壤水热动态、生长及果实产量与品质的影响

于2018年5—9月在青海省海西州德令哈市怀头他拉灌区以4 a生枸杞为对象,研究垄沟覆盖地布(MR,垄高10 cm、宽32 cm,沟宽22 cm)、平地覆盖地布(MF)及平裸地(CK)3种耕作覆盖措施对滴灌枸杞土壤水热动态、生长、果实产量与品质的影响.结果表明,针对试验地的干旱寒冷气候条件,垄沟覆盖地布措施与CK相比增...     

气候变化对中国农业用水和粮食生产的影响

全球气候变暖作为一个不争的客观事实,不可避免地会对中国农业用水和粮食生产产生影响。该文分别采用Palmer干旱指数（PDSI）、单位灌溉面积用水量（GIQ）、单位面积粮食产量（PHGO）作为气候变化、农业用水和粮食生产具体度量指标,分析了中国1949－2005年PDSI、GIQ、PHGO年际变化特征及其相关关系,发现在1949－1983年PHGO和1949－1990年GIQ均与PDSI具有较好线性相关关系,表明气候变化在上述时间段对农业用水和粮食生产影响显著,人为因素（技术进步、政策机制、生产投入等）影响相对较小。依据相关关系对1949－2005年GIQ和PHGO进行预测发现,1991－2005年GIQ和1984－2005年PHGO预测值与实际值拟合程度较差,表明人为因素（技术进步、政策机制、生产投入等）在农业用水和粮食生产中已逐渐占据主导地位,对农业节水平均影响率达27%以上,对粮食增产平均影响率达40%以上。通过技术创新、政策机制保障和生产投入增加等人为因素控制,可在一定程度上缓解气候变化对中国农业用水和粮食生产带来的负面影响。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

投影寻踪分类模型在黑河流域农业用水方案健康性评价中的应用

针对黑河流域农业用水比重大的特点,从农业资源利用、用水协调性、用水效率及效益4个方面构建了农业用水健康指标评价体系;建立了基于加速遗传算法的农业用水健康性投影寻踪评价模型;对黑河流域11个县1999、2006、2020年,3个水平年不同来水频率(50%、75%、95%)实际和拟定共计10个农业用水方案进行综合评价,并对结果进行分级。结果表明,各水平年拟定方案健康等级均高于实际农业用水方案,流域农业用水随时间1999—2006—2020年趋于健康发展,反映了各评价指标的贡献率和方向性,农业健康用水方案优化配置水资源,评价结果与区域近年来的农业用水发展情况相符,符合干旱地区水资源匮缺及生态环境脆弱的实际。