南京市六合北部山丘区多水源优化配置

通过对六合北部山丘区的水资源特点、开发利用现状和存在问题分析,基于生活用水、生产用水和生态用水的不同要求和用水特点,按照水资源配置基本用水优先原则、公平性原则、可持续性原则和效率与效益原则,确定供水、用水的优先次序,采用蓄、引、提"长藤结瓜"式供水系统,进行六合北部山丘区多用户、多水源的优化配置。充分利用当地径流,进一步优化塘坝布局,1536座灌溉塘坝、26座小(Ⅰ)型水库、25座小(Ⅱ)型水库分片包干,4座中型水库与小型水库联合运行,骨干河网作为虚拟"水库",利用现有的补水线与中型水库联合调度,利用红山窑、新禹河等水利枢纽工程调引长江水满足不同设计保证率的用水。     

基于数据融合算法的灌区蒸散发空间降尺度研究

采用Landsat和MODIS数据,通过增强自适应融合算法(Enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,ESTARFM)对蒸散发进行空间降尺度,构建田块尺度蒸散发数据集;利用2015年田间水量平衡方法计算的蒸散发数据对融合结果进行评价。在融合蒸散发基础上,结合解放闸灌域2000—2015年间种植结构信息,提取不同作物各自生育期和非生育期内年际蒸散发量,并分析了大型灌区节水改造以来,作物蒸散发占比的年际变化。研究结果表明:融合蒸散发与水量平衡蒸散发变化过程较吻合,小麦耗水峰值出现在6月中下旬—7月初,玉米和向日葵峰值出现在7月份。在相关性分析中,玉米、小麦和向日葵的决定系数R2分别达到了0.85、0.79和0.82;生育期内玉米(5—10月份)、小麦(4—7月份)和向日葵(6—10月份)的均方根误差均不高于0.70 mm/d;平均绝对误差均不高于0.75 mm/d;相对误差均不高于16%。在农田蒸散发总量验证中,融合蒸散发与水量平衡蒸散发相关性较好,两者决定系数达到了0.64。基于ESTARFM融合算法生成的高分辨率蒸散发(ET)结果可靠,具有较好的融合精度。融合结果与Landsat蒸散发的空间分布和差异性一致,7月23日、8月24日和9月1日相关系数分别达到0.85、0.81和0.77;差值均值分别为0.24 mm、0.19 mm和0.22 mm;标准偏差分别为0.81 mm、0.72 mm和0.61 mm。ESTARFM融合算法在农田蒸散发空间降尺度得到较好的应用,可有效区分不同作物蒸散发之间的差异。不同作物在生育期和非生育期内耗水量差别较大;生育期内套种(4—10月份)耗水量最大,达到637 mm,玉米(5—10月份)和向日葵(6—10月份)次之,分别为598 mm和502 mm,小麦(4—7月份)最低为412 mm;非生育期内,小麦(8—10月份)耗水量最大,年均达到214 mm,玉米(4月份)和向日葵(4—5月份)分别为42 mm和128 mm。不同作物多年平均耗水量(4—10月份)差异较小,其年际耗水总量主要随作物种植面积的变化而变化。     

不同空间尺度下灌区灌溉水利用效率研究——以察尔森灌区为例

根据察尔森灌区2013-2014年实测数据,应用实测法与水量平衡法计算了田间水利用效率,通过典型渠道测试法计算了渠道水利用效率,在此基础上计算了察尔森灌区不同空间尺度下灌溉水利用效率;同时应用首尾法测算了察尔森灌区的灌溉水利用效率。结果表明,察尔森灌区从田间到斗渠尺度以及支渠到干渠尺度灌溉水利用效率降低明显,下一步灌区节水改造的重点是斗渠及干渠的工程建设和运行管理;首尾法所得灌区尺度下的灌溉水利用效率略大于典型渠道测试法,原因在于首尾法考虑了部分回归水的利用。     

基于数据包络分析的灌区农业生产综合效率评价与分析

为评价中国灌区农业生产综合效率的空间差异性,采用数据包络分析(Data envelopment analysis,DEA)方法对全国440个灌区2010年的农业生产综合相对效率进行评估,并基于不同区域灌区农业生产投入及其冗余状况对生产效率提升途径进行探索。结果表明,8个灌区的相对效率为1.000,达到DEA有效;灌区间农业生产效率差异显著,绝大部分(327个)不足0.300,省区尺度生产效率无明显空间分布规律;各投入指标对应存在冗余灌区个数分别为319(有效灌溉面积)、369(绿水)、155(蓝水)、298(化肥)及207(农业机械);非DEA有效灌区5个投入指标的可减少量占所有评价单元投入总量的比例分别为23.8%、39.2%、18.1%、29.0%以及19.9%。综上可知,各非DEA有效灌区应根据自身投入指标冗余状况优化配置和管理资源以提高区域综合农业生产效率,其中绿水资源高效利用是全国范围内广泛面临的问题;东北和西北地区需注重水土资源配置效率提升,而南方粮食主产区应注重水肥高效利用机制的研究与实践。     

U形渠道流速分布特性分析与试验

依据室内试验和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特性,建立了U形渠道水流横向流速分布指数律、垂向流速分布双幂律,给出了相关参数的确定方法,并提出了基于U形渠道水流分布规律的明渠测流计算断面中线“三点法”.实测资料验证表明:中线“三点法”在室内不同工况计算流量相对误差均在±4％范围内;除个别测点外,现场实测计算流量相对误差也在±5％范围内,说明中线“三点法”计算精确.与流速-面积法需9个测点相比,中线“三点法”节省了60％以上的测流工作量.     

内蒙古河套灌区小麦套种玉米秋浇覆膜灌溉试验研究

内蒙古河套灌区是全国3个特大型灌区之一,灌区每年农业用水量45亿m3左右,其中秋浇用水量占到1/3。秋浇是河套灌区特有的灌水方式,也是灌区节水保墒的关键。以河套灌区具有代表性且种植面积较大的小麦套种玉米田块为研究对象,进行秋浇覆膜灌溉新技术的试验研究,通过对不同试验方案的跟踪观测,系统地分析了这种灌溉新技术的节水增产效果。     

耕地入选基本农田整备区评价与决策

耕地入选基本农田整备区包括耕地质量排序和耕地入选两个过程,根据这两个决策过程的特点,构建了耕地入选基本农田整备区的指标体系。应用GIS技术提取相应的指标评价值,并选用耕地模糊优选模型、理想点法这两种模型对耕地质量进行评价、排序,最后通过一般农地入选整备区的0-1整数规整模型,实现了耕地入选基本农田整备区的决策。     

基于博弈论赋权的灌溉用水效率GRA—TOPSIS评价模型

在构建区域灌溉用水效率综合评价指标体系的基础上,运用博弈论(Game theory,GT)思想将层次分析法(Analytic hierarchy process,AHP)所得主观权重与改进熵值法(Improved entropy value method,IEVM)所得客观权重进行综合集成以获取组合权值,并将灰色关联分析(Gray relation analysis,GRA)与逼近理想解排序(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)相结合,以三江平原10个大型灌区为例进行验证,对区域灌溉用水效率作综合评价。采用Spearman等级相关系数检验灌溉水有效利用系数排序与GRA-TOPSIS法排序,得到的相关系数高达0.863,且GRA-TOPSIS法、GRA法、TOPSIS法对同一灌区综合排序的位次相差均不超过2,表明评价结果具有合理性和一致性;GRA-TOPSIS法所得综合值的极差为0.343,变异系数为0.267,均高于单独使用GRA法或TOPSIS法的极差与变异系数,更有利于对灌区灌溉用水效率进行辨识分区。此外,根据目标层与准则层排序差异度将灌区分为3类,辨识各灌区灌溉用水效率主控因子,对区域灌溉用水效率发展策略的制定具有参考价值。     

基于温湿度的ET_0估算模型应用研究

针对大面积灌区作物蒸发蒸腾量(ET0)分布式监测所需参数较多的问题,开展利用易获取的少量气象参数估算ET0的研究对我国灌区的作物需水量监测和灌区水资源的管理有重要意义。利用人工神经网络技术建立基于温、湿度的ET0月份估算模型,对作物蒸发蒸腾量进行了估算;在此基础上,针对ET0的季节性特征,将估算模型由月份尺度拓展到季节尺度;最后运用陕西省6个基本站点的气象数据对该优化模型进行普适性分析。结果表明,优化后的季节估算模型,在春夏二季的平均相对误差在10%以内,在秋冬二季的平均绝对误差在0.20mm以下,且每对基准站点和邻近站点得到的估算结果具有很好的一致性和稳定性,表明该模型在作物需水估算方向上较强的实用推广价值。     

微咸水灌溉对土壤水盐及春玉米产量的影响

以2007年和2008年宁夏银北灌区春玉米微咸水灌溉的田间试验为基础,采用微咸水(井灌)、渠水(渠灌)和混合水(体积比1∶1,混灌)灌溉,研究了其对土壤水盐及春玉米产量的影响。结果表明,与渠灌处理相比,作物收获时井灌和混灌处理的根区土壤盐分分别增加18.1%~45.3%和10.7%~38.2%,作物耗水量下降5.2%~8.9%和1.1%~6.2%。土壤盐分状况对微咸水的应用存在较大影响。在轻度盐渍化和非盐渍化土壤条件下,井灌和混灌处理下春玉米产量较渠灌处理下降28%、14%和10.5%、7.4%。考虑到轻度盐渍化土壤中渠灌处理的春玉米产量仅为非盐渍化土壤的68.6%,为保障作物产量和农民收入,在盐渍化土壤中不宜采用渠水进行灌溉。在非盐渍化土壤条件下,采用3 g/L微咸水或将其与渠水混合后进行灌溉,可同时满足保障作物生产和节约淡水资源要求。