高含沙水滴灌灌水器堵塞机制及防堵技术研究进展

为解决黄河水中粒径小于0.10 mm细小泥沙颗粒引发的滴灌灌水器堵塞问题。通过文献调研,回顾了高含沙水滴灌条件下灌水器物理堵塞机制相关研究进展,并提出了进一步研究方向。细小泥沙颗粒含量较高的浑水滴灌时,滴头堵塞主要是含沙量、泥沙粒径与颗粒级配耦合作用的结果。滴灌系统工作条件如工作压力的动态变化有助于移除流道内黏、粉等细颗粒堵塞物质,促进较大泥沙颗粒排出流道;灌溉水温越高,滴头抗物理堵塞性能越强;对浑水加气和磁化处理可改变毛管内水流水力特性及悬浮泥沙运动规律,增强水流拖拽力,减小管道内泥沙淤积量。此外,施肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞具有明显加速作用。浑水含沙量、粒径和颗粒级配是引发滴头物理堵塞的重要因素,确定易引发滴头堵塞的敏感含沙量、颗粒粒径段,选用适宜肥料种类和施肥浓度阈值,优化滴灌系统工作条件参数是改变毛管内泥沙颗粒运移和沉积规律、延缓滴头堵塞进程、提高水肥一体化滴灌水肥利用效率的有力措施;采用统一的灌水试验方法,充分利用现代测试手段,结合生产实际有针对性地改进工程技术处理措施是解决滴头堵塞问题的必要途径。

乡村雨水生态柔性景观设计构建策略:以杭州田城汇为例

在乡村水环境生态营造中应用生态、节能、低干扰、柔性结构的“柔性生态”设计及相应技术,构建相对系统的乡村水域设计模块进行水生态环境的柔性修复,对改善乡村水环境生态状况,提升水资源利用水平,保护及延续乡村自然景观特色具有积极作用。为乡村建设中的水环境生态营造设计提供参考,以乡村营建过程雨水生态设计为切入,杭州田城汇乡村群改建项目为例,总结乡村雨水生态柔性景观设计的框架及可行性措施。

协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价,考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突。该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标,构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型,并推求协调发展度计算式,提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法,分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系,确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例。结果表明,现状条件下,六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9%,实现地下水正均衡0.59亿m^(3);全流域农业和生态用水比例为90%∶10%,渠井用水比为67%∶33%。平水年保障蔡旗来水为3.48亿m^(3)/a时,能够以牺牲中游1.6%的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8%和18.6%。研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法,可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考。

考虑水转化过程的干旱区内陆河流域适宜灌溉规模

农业适水发展是保障干旱区水土资源高效利用和生态健康的关键,其核心在于如何科学确定灌溉规模,进而控制农业灌溉用水量。该研究以石羊河流域为研究区,在明确非灌溉需水量的基础上,基于水均衡模型计算考虑水转化过程的不同水文年农业灌溉可用水量,并构建多目标种植结构优化模型对作物种植结构进行调整,最后改进水热平衡模型构建考虑水转化过程的旱区适宜灌溉规模计算模型,分析流域不同情景下的适宜灌溉规模。结果表明:地表水地下水联合调控下,石羊河流域丰、平、枯水年的灌溉可用水量分别为18.97亿~21.57亿、14.75亿~17.51亿、12.31亿~14.95亿m^(3);优化作物种植结构后能够以减少2.94%的经济效益实现14.13%的灌溉节水;构建的适宜灌溉规模计算模型在干旱区内陆河流域具有较好的适用性,采用该方法得到现状条件下石羊河流域丰、平、枯水年的适宜灌溉规模分别为27.73万~31.66万、21.55万~25.76万、18.01万~22.03万hm^(2),提高节水水平、调整种植结构后,流域的适宜灌溉规模有所增加。现状2020年(平水年)的实际灌溉面积高于当地水资源能够承载的临界适宜灌溉规模,需压减2.13万~6.34万hm^(2)。研究结果可在宏观层面上为决策者制定适水农业发展方案提供理论依据。

施肥对热带砖红壤胶林土壤水分特征曲线的影响及模型优选

[目的]探明热带橡胶林施肥措施对土壤持水能力及孔隙特征的影响,并优选描述砖红壤胶林土壤水分特征曲线的模拟模型。[方法]采用沙箱排水法结合压力膜仪法测定砖红壤橡胶林5种施肥处理(有机肥混施化肥(H)、施化肥(C)、种植绿肥(G)、施专用肥(S)及不施肥(CK))的全吸力段土壤水分特征曲线,应用Brooks-Corey(BC)、van Genuchten(VG)、Gardner和Log-Normal Distribution(LND)4种经验模型拟合,分析了不同模型的适用性及拟合精度。[结果]0—5 cm土层,在低吸力段(pF≤3.01)C处理降幅最大(0.44 cm^(3)/cm^(3));在高吸力阶段(3.01<pF≤4.18)的降幅整体偏小,H处理的降幅最大(0.05 cm^(3)/cm^(3))。5—10 cm土层,在低吸力段C处理的下降幅度最大(0.52 cm^(3)/cm^(3)),高吸力段C处理的降幅最大(0.03 cm^(3)/cm^(3))。在0—5 cm土层中,CK处理的土壤有效含水率最大(0.19 cm^(3)/cm^(3))。在5—10 cm土层中,C处理的土壤有效含水率最大(0.11 cm^(3)/cm^(3))。0—5 cm土层,CK处理的土壤空隙占比(5.2%)和大孔隙占比(0.8%)最小,中等孔隙占比(48.7%)最高。5—10 cm土层中,C处理的土壤空隙和大孔隙的占比均最小。BC,VG,Gardner和LND 4种模型均可用来拟合砖红壤胶林不同施肥处理的土壤水分特征曲线(R 2≥0.84),不同模型的拟合精度由大到小依次为:BC,VG,LND和Gardner模型。[结论]0—5 cm土层不同施肥处理中CK处理是最优施肥管理方式,5—10 cm土层所有施肥处理中C处理是最优施肥管理方式。同时,BC模型是拟合研究区内不同施肥处理土壤水分特征曲线是最优模型。

基于GIS的灌区土壤投入品残留污染监测预警系统

为了解决工业发展导致的灌区土壤投入品残留污染问题,给出一种基于地理信息系统(geographic information system,GIS)的土壤污染监测预警系统。该系统结合VOC-PF1型传感器、STM32主控芯片和GSM通信模块,实现了高效的数据采集和通信功能。通过反距离加权(inverse distance weighted,IDW)插值法进行空间分析,并设立预警阈值,实现对灌区土壤投入品残留污染的实时监测和预警。实验结果表明:该系统的监测精度高达98%,监测时长最高为49 s,具有很高的实用性和效率。研究结果不仅为灌区土壤投入品残留污染监测提供了有效手段,也为环境保护和农业可持续发展提供有力支持。

金山湖流域三水协同调控决策支持平台

流域综合治理/三水协同调控是净化水体水质、消除水体黑臭、恢复水生生态系统健康/优化水资源调控、改善水环境质量、修复水生态系统的必要途径,快速高效精准的决策支持平台是实现流域综合治理/三水协同调控优化决策制定的重要工具/关键抓手。针对金山湖流域面临的多水共治和水环境水生态安全保障等难题,为实现金山湖流域三水融合协同共治及其靶向精准高效决策,基于“空—地—水”一体化模型体系与流域智慧化管理平台技术成果,提出了决策支持平台体系结构。部署具有相对独立功能的数据中心、计算中心、控制中心以及业务中心,通过数据融合集成、模型集成等关键技术,构建了金山湖流域三水协同调控决策支持平台。平台实现了气象、水文和水质等多源异构数据的采集传输、存储管理及交换共享,集成了包括气象、陆地和水体模块的多过程耦合模型的按需调用、智能驱动以及水资源保障、水环境提升、水生态修复等多目标协同的调控治理方案设置、过程模拟、效果评估和最优决策等功能。为流域污染负荷控制—水体水力提升—生态功能恢复等多目标统筹、靶向治理的调控方案制定提供精准高效决策等技术服务,提高了流域水量水质水生态协同调控的决策能力与效率,支撑金山湖流域三水量、质、效协同发展。

考虑集雨效率和生态效应的近自然集雨面综合评价比选

针对香格里拉普朗铜矿区高陡边坡植被修复无灌溉水源的问题,结合当地的降雨特点,在不影响原生境的情况下,开展SCA-2配合比试验、集雨试验并利用AHP层次分析法和模糊综合评价模型分析了不同类型集雨面的集雨效率及集雨优劣情况。结果表明,研究区土壤与SCA-2型土壤固化剂最佳使用配比为0.45%(质量占比);与自然坡面(T1)、夯实坡面(T2)和塑膜坡面(T3)相比,最优配比SCA-2处理坡面(T5)的集雨效率明显增加,仅次于混凝土坡面(T4),5种集雨面的平均集雨效率从大到小的顺序为T4>T5>T3>T2>T1;从生态、经济、耐久和高效4个指标进行评价,5种集雨面的优劣顺序为T5>T4>T3>T1>T2,可推得最优配比SCA-2处理坡面是一种相对更经济、生态的近自然集雨面。

乡村数字经济对农业灌溉用水效率的影响

文章基于2012-2021年省级面板数据,在测度乡村数字经济发展指数和结合灌溉水有效利用系数的基础上,构建Tobit模型分析乡村数字经济对农业灌溉用水效率的影响及其作用机制。

再生水灌溉引发土壤次生盐渍化的研究进展

中国水资源供需矛盾突出,在农业用水上尤为严重,合理利用再生水灌溉对于缓解我国农业用水紧张具有重要的现实意义。然而,再生水中含有盐分,存在引发土壤次生盐渍化的潜在风险。本文以国内外再生水灌溉相关文献为基础,从灌溉方式、土壤类型、作物种植、灌溉年限及其他处理模式共5个方面对再生水灌溉引发土壤次生盐渍化的风险进行分析与总结。研究认为,长期再生水灌溉下引发土壤次生盐渍化的研究不足,缺乏交互因子的影响研究,系统化不强,改良再生水措施对土壤次生盐渍化研究相对较少。研究建议,加强开展长期再生水灌溉下灌溉方式、土壤类型、作物种植、农艺措施等方面结合对土壤次生盐渍化影响的大田试验研究;还要加强改良再生水灌溉对引发土壤次生盐渍化风险调控等方面的研究。

对红层丘陵区找水打井工程的思考

饮水困难与安全是制约红层丘陵区农村安全供水工程可持续发展的关键性因素。红层找水打井工程强调了从水量和水质两个方面对有限的地下水资源实施主动调控与利用。大量研究与实践表明,找水打井工程不仅是红层丘陵区地下水资源开发利用形式,也是红层丘陵区农村饮水安全工程技术体系补充的部分,更是红层丘陵区地下水资源可持续开发利用发展的一种因地制宜和民生措施,是对农村饮水安全工程的进一步创新和发展。另外,具有工程化、规模化内涵的找水打井工程已经成为现代农村饮水安全工程技术体系的重要研究内容。红层丘陵区找水打井工程研究的深度和广度将会持续深入,其技术发展更加依赖于地下水资源本身的良性循环状态。

基于布谷鸟优化算法的灌区渠系输配水水量优化调控模型研究

渠系输配水渗漏损失和闸门调节的水力损失是灌区多级输供水系统水利用效率低下的主要原因,对灌渠输配水过程进行优化调控是实现农业高效节水的重要途径。以湖北省漳河灌区三干渠为研究对象,建立了多级渠系多因素综合影响下的灌渠优化配水模型,运用元启发式优化算法布谷鸟搜索算法进行模型求解。与实测配水过程相比,优化配水模型和常规配水模型的灌溉历时分别为13.2、13.5 d,减少45.00%、43.75%的配水时间,且配水流量过程均匀稳定,能有效减少闸门调节次数。采用布谷鸟算法(CS)、粒子群算法(PSO)和差分进化算法(DE)求解的优化配水模型和常规配水模型输水渗漏损失分别减少了27.22%、26.72%、27.06%和24.96%、23.90%、24.55%。布谷鸟算法能快速、高效、稳定地求解多维渠系输配水问题,为灌区渠系输配水水量优化调控模型构建和求解提供科学参考。

咸淡水组合灌溉对土壤盐分和棉花生长的影响

为揭示不同微咸水(农田排水)与淡水在“先咸后淡”的组合灌溉模式下对土壤容重、盐分迁移和棉花生长的影响。以淡水灌溉为对照(CK),设置7种不同微咸水、淡水组合灌溉(微咸水∶淡水=1∶14(T1)、2∶13(T2)、3∶12(T3)、6∶9(T4)、9∶6(T5)、12∶3(T6)),T7处理采用全额微咸水灌溉,于2022年4-9月进行了棉花田间试验。结果表明,采用微咸水灌溉造成土壤表层盐分积累,0~40 cm土层出现积盐现象,棉花生育期结束后,各处理与淡水对照(CK)比较,T1~T6在0~40 cm土层的电导率分别增加1.16%~26.61%,T7处理电导率增加86.40%;与淡水对照相比,组合灌溉后各处理土层0~40 cm土壤容重明显增加,土壤孔隙度降低,以全额微咸水灌溉T7处理最为显著(容重增加10.24%);微咸水组合灌溉有效提高棉花株高、叶面积指数、茎粗。合理利用微咸水组合灌溉能够为棉花生长提供良好的水盐环境,提高棉花产量,能够为极端干旱区合理利用微咸水提供一种新的灌水模式,为灌区发展节水灌溉及农业可持续发展提供理论支撑。

三明市大田县农田灌溉水中重金属污染水平分析

为了解三明市农业产地环境农田灌溉水重金属污染状况,选取三明市大田县太华镇和武陵乡的农田灌溉水进行调查研究。研究结果表明:调查区域丰水期有1个采样点灌溉水不符合农田灌溉水质标准,超标率为3.70%;枯水期有3个采样点灌溉水不符合农田灌溉水质标准之内,超标率为11.11%;调查区域农田灌溉水重金属Cd、Pb、As、Hg和Cr含量均符合标准限值规定。单项污染指数评价结果表明调查区域灌溉水的重金属含量均达标,其中Cd是可能的主要潜在污染因子;综合污染指数评价结果表明调查区域的农田灌溉水质等级均为Ⅰ级,为清洁水平;武陵乡的水质要优于太华镇;丰水期时候的潜在污染风险要大于枯水期。

漓江流域不同水期降水径流突变分析

丰、平、枯不同水期降水径流突变分析对于准确认识漓江水资源变化规律、科学实施水资源调控,具有十分重要的意义。分别选取漓江上中下游的桂林、阳朔、平乐3个水文站1968-2021年降水径流月尺度序列,分析降水径流年内和年际分布;分别对丰、平、枯水期单独采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验进行突变分析,结合漓江上游防洪及漓江补水枢纽工程建设运行情况分析突变点及其成因;应用累积量斜率变化率比较法,分析降水和人为活动对径流突变的贡献率。研究结果表明:①漓江流域年降水量上游呈现递增趋势,下游呈现递减趋势;年径流量整体呈现上升趋势。②漓江流域上中下游3个站点在丰、平、枯水期的突变点不一致。③水利工程建设对径流的影响较为明显,尤其是枯水期。

基于需水过程线的多级泵站扬水灌区供需水量优化调度

为了改善红寺堡扬水系统供需水量在时间维度上存在的不协调问题,以需水过程线和泵站设计流量线为比较对象,构建扬水系统内泵站供需水流量优化调节模型,分析不同时段的灌溉面积、高效节水面积比重和灌溉定额等因素引起的需水流量与泵站设计流量关系。基于需水过程线多级泵站扬水灌区供需水量优化调度模型包括流量平衡模型、需水过程线模型和流量调节模型,对红寺堡扬水灌区4种工况进行模拟。结果表明:在高效节水面积占比为60%时,随着灌溉面积从6.02×104 hm2增加到6.77×104 hm2,红三泵站控制灌域内调蓄水量从1.47×10^(6)m^(3)增加到8.49×10^(6)m^(3),其他3座泵站调蓄规模保持不变;在高效节水面积占比为80%时,红一泵站和红三泵站不调蓄,红四泵站和红五泵站的调蓄规模分别为3.08×10^(6)m^(3)和0.47×10^(6)m^(3)。此模型构建与应用简单,能较好地反映出各级泵站之间、支线之间的配水关系,调节时段和调配流量选择灵活,能够适宜不同调蓄水量需求的多级泵站供水系统。

基于LMDI模型的湖北省农业水足迹时空分布与驱动力研究

结合水足迹理论和传统农业用水核算方法,分析2005—2020年湖北省各市州农业水足迹时空演变特征,并利用LMDI模型对农业水足迹变化量进行驱动力因素分解。结果表明:1)湖北省农业水足迹呈现先上升再下降的波动趋势;湖北省各市州农业水足迹存在明显的时空分布差异,这是自然因素和经济因素共同作用的结果。2)各驱动力对湖北省农业水足迹变化的影响程度为经济效应>技术效应>人口效应,经济效应对农业水足迹变化量的贡献值,达53.72%,技术效应和人口效应的贡献值分别为32.86%和13.42%;其中,经济效应对农业水足迹起正向驱动作用,技术效应和人口效应对农业水足迹起到反向驱动的作用。研究结论拓展了长江流域农业水足迹及驱动力分析,同时对于提高农业可持续发展、增加农业用水效率有指导意义。

基于数据包络分析的江苏省水资源利用效率

采用水足迹理论分析江苏省2000—2010年水资源的真实利用情况,同时从投入产出的角度出发,选取农业用水量、工业用水量、生活用水量、COD排放总量、固定资产投资总额和从业人员数作为投入指标,GDP和粮食产量作为产出指标,运用数据包络分析中的C2R和BC2模型对这11a间江苏省的水资源利用效率进行评价。研究表明:2010年江苏省的水足迹为778.28m3,总体呈缓慢上升趋势。农业用水、工业用水和虚拟水贸易是江苏省水资源利用中的主要组成部分。11a间DEA有效年份占64%,投入冗余和产出不足均为0,即投入和产出达到最优状态。在DEA无效年份中存在冗余,存在资源浪费和污染高排放的情况。可以通过DEA投影结果对其进行改进,实现资源的最优配置。

内蒙古河套灌区灌溉入渗对地下水的补给规律及补给系数

为准确估计内蒙河套灌区灌溉水入渗补给地下水量,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分别根据灌水前后地下水位变化和土壤含水率变化计算了灌溉水入渗补给地下水系数,并依据土壤水动力学原理,采用数值模拟验证,得到作物生育期灌溉补给地下水系数为0.15,秋浇灌溉补给地下水系数为0.3。河套灌区地下水位埋深相对较浅,通过灌水前后的土壤含水率变化情况和数值模拟结果显示,灌水2～4d补给地下水量达到最大,8～10d后即完成对地下水的入渗补给,不同灌水量灌溉水入渗规律基本一致,入渗补给量和入渗时间与灌溉水量直接相关。研究结果将为确定维持灌区生态环境良性发展的引水量阈值提供参考。

莱州海涂海水灌溉下菊芋生理生态特性研究

在山东莱州对菊芋(Helianthustuberosus)进行了海水灌溉浓度及其灌溉次数的田间试验,结果表明:1)灌溉1次的处理中,全淡水同海淡水比例为1∶9、1∶4、1∶3的3种处理的菊芋块茎产量(鲜重)没有显著差异;菊芋生长中灌溉2次,以海淡水比例为1∶3处理的菊芋块茎产量最高,但各处理间菊芋块茎产量差异没有达到显著水平;无论何种比例海淡水灌溉,在莱州湾,灌溉两次菊芋块茎产量显著高于灌溉1次;2 )灌溉处理后连续5天内,菊芋光合速率与土壤表层盐分动态变化趋势一致:第一、二天,1∶9比例海淡水灌溉菊芋光合速率显著高于其它处理,而1∶4、1∶3比例海淡水处理在前二、三天光合速率同全淡水灌溉处理基本没有差异,第五天时,海淡水比例为1∶3的处理,菊芋光合速率显著低于其它处理;在灌溉后盐分变化达到平稳的较长时间内,土壤水分含量成为影响菊芋光合速率的主导因子,1∶3处理因土壤表层土壤水吸力较低而菊芋光合速率显著高于其它处理;3)第一次灌溉6 0d后,以全淡水灌溉处理菊芋的叶面积指数显著高于其它处理,1∶3处理显著低于其它处理,1∶9、1∶4两处理间没有差异。