耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。     

基于信息熵的石羊河流域降雨时空变异性研究

[目的]应用信息熵研究石羊河流域的降雨时空变化,为合理开发该流域的水资源提供依据.[方法]用边际熵研究月、季和年时间序列的变化,用分配熵和强度熵分别研究降雨量和降雨日数的年内和年代(10年)分布,依据石羊河流域8个气象站1959-2008年的逐日降雨观测资料,对不同降雨时间序列的时空变异性进行分析.[结果]石羊河流域降...     

甘肃省农业干旱对多尺度气象干旱的响应

基于气象站点和卫星遥感数据,以标准化降水蒸散发指数(SPEI)和植被状态指数(VCI)分别表征气象干旱和农业干旱,利用统计方法和Arcgis技术分析了甘肃省气象及农业干旱的时间变化趋势和空间分布特征,采用最大相关系数法分析了不同时间尺度的SPEI指数对VCI指数的响应关系。结果表明:气象干旱在春、夏、秋及生长季干旱发生频率最高的地区分别为:陇东地区、河西地区、陇东与河西地区、陇东地区。大部分地区气象干旱呈增加趋势,而农业干旱呈减缓的趋势。农业干旱发生频率表现出西北部和东部高,中部和南部低的空间格局。SPEI与VCI相关性特征表明,空间上SPEI与VCI在林地和草地的相关性最大;时间上VCI指数与SPEI-3相关性最大,即农业干旱对3个月尺度的气象干旱响应最灵敏。研究结果可为甘肃省的农业防旱工作提供参考。     

基于CVM的石羊河流域生态系统修复价值评估

在分析石羊河流域生态环境问题的基础上,采用条件价值法中连续型的支付卡方式对流域居民关于恢复生态系统服务价值的支付意愿进行了调查分析。结果表明,到2020年将石羊河流域的生态环境恢复到预期目标,全流域共有92.23%的居民存在支付意愿,最大支付意愿为每户每年127元,恢复该流域生态系统服务的经济效益每年至少在0.719亿元以上。在未来的20年里,如果不考虑生态效益折旧,流域生态修复的总经济价值为14.38亿元,该结果只是对石羊河流域生态系统修复经济价值的一个保守估计。研究结果可为评价生态系统服务提供参考,同时为决策者在促进流域治理方面提供帮助。     

大气环流因子对黄河流域长预见期农业干旱预测性能的影响

准确的干旱预测对于减轻或规避干旱对区域粮食生产和水资源配置的不利影响至关重要。大气环流因子可能会通过遥相关影响农业干旱的发生、发展和传递过程,在干旱预测模型中引入大气环流因子是否会改善农业干旱的预测性能尚不明晰。该研究以农业干旱、高温和大气环流因子为预测因子,在不同预见期（1、12、24、36、48个月）下采用Meta-Gaussian（MG）模型预测黄河流域典型年份的农业干旱事件,通过纳什效率系数（Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE）和均方根误差（root mean square error,RMSE）探究在MG模型中引入大气环流因子对农业干旱预测性能的影响。结果表明：大气环流因子中12个月时间尺度的标准化西太平洋副高强度指数（standardized western Pacific subtropical high intensity index,SWPSHI）与农业干旱相关性最为显著;以典型年2014年8月份为例发现MG模型预测值受预见期长度、预测因子影响较大;相比于单因子预测,引入大气环流因子的MG模型的评价指标NSE和RMSE改善网格占比最高达46%,空间上在内蒙古、宁夏、甘肃、陕西等省区1 a以上预见期明显改善,而考虑大气环流因子和高温的MG模型进一步提升了模型的预测性能,扩大了网格占比。因此在上述省区干旱预测时需考虑大气环流因子的影响。     

基于T-S模糊神经网络的民勤地下水水质综合评价

为了摸清石羊河流域民勤盆地近25年来的地下水水质变化状况,为当地水土资源合理开发和生态环境保护提供决策参考依据.将T-S模糊神经网络应用于民勤盆地1983、1990、2000年及2008年的地下水水质评价中,并与支持向量机(SVM)模型的评价结果进行检验比较.结果表明:民勤盆地地下水水质总体较差,并且盆地南部地区水质整体优于北部,除红崖山水库附近地区,80％以上区域水质为Ⅴ类水;141、147、156、168号井等在山区边缘的部分站点水质随时间有改善趋势.两种模型评价结果基本一致,但T-S模糊神经网络收敛速度更快,可以有效应用于地下水水质综合评价.     

气候变化条件下石羊河流域农业灌溉需水量的模拟与预测

根据石羊河流域及周边共11个气象站点1959—2012年的逐日气象资料,利用大气环流模型Had CM3的输出和SDSM统计降尺度模型,生成A2、B2两种排放情景下未来石羊河流域各站点2020 s,2050 s和2080 s的ET0和降水日值;使用作物系数法,扣除有效降雨量,计算现状和未来不同作物净灌溉定额、流域净灌溉需水量和耗水量;应用反距离加权插值法(IDW)研究作物净灌溉定额的空间分布特征。结果表明,石羊河流域小麦、玉米、甜椒、棉花、胡麻和苹果的多年平均作物净灌溉定额都呈现从西南到东北递增的趋势,预测未来气候变化情景下,6种典型作物净灌溉定额呈增加趋势;多年平均流域净灌溉需水量为12.65×108m3,多年平均耗水量为15.42×10~8m~3;在种植结构维持现状条件下,预计2020 s,2050 s和2080 s,在Had CM3模式的A2情景下净灌溉需水量分别为13.45×108m3、15.02×10~8m~3、16.94×10~8m~3,耗水量分别为15.53×10~8m~3、16.65×10~8m~3、18.18×108m~3,B2情景下净灌溉需水量分别为13.55×108m3、14.63×10~8m~3、15.51×10~8m~3,耗水量分别为15.56×10~8m~3、16.34×10~8m~3、17.00×108m3~,未来流域净灌溉需水量和耗水量都呈明显上升趋势,且A2情景下的上升幅度大于B2情景。石羊河流域的农业灌溉需水在未来将持续增加,2050 s之后增加趋势更为显著。     

甘肃石羊河流域沙丘定植沙生植物的局部灌溉试验研究

对4种沙丘定植沙生植物在移动式局部灌溉条件下的灌水间隔、灌水次数对植被的成活率、新稍直径、新稍长度等的影响进行了试验研究。结果表明:沙拐枣的成活率最高,梭梭的成活率最低,植被品种和灌水间隔对成活率、新稍直径、新稍长度的影响都极显著,而灌水次数仅对新稍直径的影响显著,对成活率和新稍长度的影响不显著。从节约用水考虑,该区域4种沙丘定植沙生植物局部灌溉的灌水次数可定为4～8次。     

基于NDVI和scPDSI研究1982－2015年中国植被对干旱的响应

随着气候变化与人类活动的加剧,中国干旱频繁发生且影响不断加剧,探索干旱对植被生长的影响对研究生态系统如何应对干旱具有重要意义。基于中国1982-2015年改进帕尔默干旱指数（scPDSI）与归一化植被指数（NDVI）数据,分析植被对干旱的响应规律及敏感性。结果表明：1）在中国西北地区、内蒙古地区、东部地区及青藏高原南部地区,短滞时（1-3月）scPDSI与NDVI的相关性较大（Rmax>0.4）,南方湿润地区降水充沛,植被对干旱的响应不敏感（Rmax<0.3）,其生长主要受能量因素控制;2）年均水分盈亏量、降水量、日照时数和气温对植被与干旱的关系影响较大,其中年均水分盈亏量是主要控制因子;3）不同植被类型对干旱的敏感性有较大差异,敏感排序为草地>林地>耕地。研究结果可为中国不同区域干旱对植被生长影响评估提供科学依据。     

干旱区内陆河流域水资源使用权多目标优化分配——以甘肃省石羊河流域为例

干旱区内陆河流域水资源短缺,供需矛盾突出,上中下游用水竞争强烈,水资源的使用权分配对解决流域内不同区域间用水冲突和水资源合理利用具有重要的理论与实践价值。提出干旱区内陆河流域水资源使用权的优化分配原则,考虑不同规划年可利用水资源量和净需水量,以流域人均自产粮食需求需水为水资源使用权分配的约束下限,建立多目标优化分配模型。以石羊河流域为例,得到在不同规划水平年下分别考虑外调水和自产水情况下的流域水资源使用权的分配方案。结果表明,各行政分区缺水率差异明显减小,并与《石羊河流域重点治理规划》分水方案比较,金川区生产用水使用权分配显著增加。