基于典型计量统计的农业灌溉地下水用水量评估

【目的】利用现有计量统计机井数据准确评估典型地区灌溉农业地下水实际用水量。【方法】基于唐山市不同种植结构典型井灌区地下水计量统计数据,通过典型区域实地调查,结合降水量、农业种植结构、统计年鉴等数据,绘制不同种植结构下降水量与灌溉定额的关系曲线,评估2010年唐山地下水实际用水量。【结果】①水浇地、水田的灌溉定额与降水量的关系曲线分别为y=1.167×10^(7)x^(-1.2773)、y=378796x^(-0.6366),拟合R^(2)分别为0.8990、0.8833。②唐山市2010年降水量条件下不同种植结构作物灌溉定额表现为水田灌溉定额(5763~7649 m^(3)/hm^(2))>大棚灌溉定额(4950 m^(3)/hm^(2))>水浇地灌溉定额(2633~4647 m^(3)/hm^(2))。③唐山市2010年灌溉农业地下水实际开采量评估结果为13.08亿m^(3),与《唐山市水资源公报》数据相差9.42%。【结论】水田灌溉定额要大于大棚和水浇地,利用计量统计数据评估得到的农业地下水开采量可在一定程度上评估北方地区农业地下水实际开采量。

有机肥施用量对酿酒葡萄品质形成关键时期需水量的影响研究

对不同有机肥施用量条件下酿酒葡萄品质形成关键时期需水量进行分析,探讨有机肥施用量与水分需求的关系,为制定科学高效的酿酒葡萄供水策略提供理论支撑。研究表明,有机肥适量配施有助于提升酿酒葡萄土壤贮水保墒性能,液体纳米有机肥对于土壤表层(0~20 cm)的含水率增加明显,T2、T3处理果实膨大期与转色期增加最为明显,相较于CK分别增加了70.77%、28.60%;不同土层土壤总贮水量,T1处理在果实膨大期具有较好的土壤贮水性能,T2处理在果实转色期土壤总贮水量较为丰富,相较于CK,分别增加14.85%与52.19%。通过Penman-Monteith公式和田间水量平衡法计算分析,T1处理酿酒葡萄果实膨大期与T2处理果实转色期均存在进一步节水的潜力。

吉林蛟河不同树种储水量分配特征与预测模型

【目的】分析吉林蛟河12个乔木树种整株及各组分含水率和储水量分配特征,构建并筛选各树种最优储水量预测模型,探讨不同树种储水量随森林发育阶段的变化,为该地区森林树种储水量估算提供模型参考。【方法】采用单因素方差分析,对比12个树种不同器官含水率和储水量占比的差异,并通过多重比较法进行显著性检验。应用肯德尔秩相关分析法,以胸径(D)、树高(H)、D2H为模型自变量,整株及各器官储水量为因变量,构建多种形式的储水量预测模型,并通过模型决定系数、参数显著性以及赤池信息准则筛选最优模型。结合林地信息,计算不同发育阶段树种的储水量。【结果】(1)12个树种器官平均含水率顺序为树叶>树根>树枝>树干。除千金榆外,其余树种在各器官储水量分配上普遍呈现树干>树根>树枝>树叶的趋势。随胸径增大,树枝储水量占比增大,而树干与树叶的储水量占比减小,树根储水量变化不显著。(2)12个树种的储水量预测模型均为对数函数形式,不同树种器官的最优模型自变量各异。(3)随着森林演替,单位面积乔木的储水量和生物量均增加。【结论】本研究揭示了储水量占比和含水率在器官间与物种间存在显著差异,其中储水量与树高、胸径之间存在种间特异性,且不同器官储水量占比随胸径增长呈现不同变化趋势。所筛选的储水量最优模型均为对数函数形式,其中单树种储水量预测模型具有较高的拟合精度,而全树种模型更适用于估算区域性储水量。本文阐明了吉林蛟河树木水分状况在不同时空尺度上的变化规律,有助于加深对生态系统动态过程的理解,并为该地区森林树种储水量的精确估算提供了可靠的模型参考。

基于流域储水量精细化模拟的干旱指数构建及应用

为构建一种客观反映河道槽蓄量、水库蓄水量和土壤含水量联合亏缺的干旱指数,以秦淮河流域为研究区,基于500 m×500 m分辨率的VIC-FLASH模型,通过精细化模拟流域河道、水库和土壤中存储水量的变化过程,构建了标准化流域储水指数(SWSI),并应用SWSI对1980—2019年秦淮河流域历史干旱事件和干旱特征进行分析,验证了其可靠性和应用优势。结果表明:高分辨率VIC-FLASH模型可以较好地模拟流域储水量时空分布,流量过程模拟结果平均相对误差为10.6%,流域内6座水库实测与模拟蓄水量相关系数为0.53~0.86;SWSI可以准确识别干旱事件和反映区域干旱严重程度,干旱烈度与实际受旱面积的相关系数为0.88;1980—2019年逐日SWSI与标准化径流指数和土壤含水量距平指数的相关系数分别为0.89和0.98;SWSI不仅可以定量反映流域储水量的亏缺状态,而且可以更加客观地反映旱情时空演变过程。

黄河下游高效输沙指标及输沙水量研究

研究提出黄河下游高效输沙的定义和内涵,依据小浪底水库运用方式和黄河不同时段河道水量的功能定位,将汛期的洪水水量定义为狭义输沙水量,汛期的平水期和非汛期水量的主要功能为满足生态、灌溉、发电等需求,不作为输沙水量。建立了单位输沙水量与排沙比及流量含沙量之间的定量关系,提出了高效输沙流量和含沙量指标的定量计算方法,在现状下游河道过流能力条件下,计算了满足高效输沙要求的流量与含沙量搭配指标。提出了维持下游河道全年一定冲淤水平的利津断面狭义输沙水量计算方法,当进入下游年沙量为3亿t时,维持下游河道全年冲淤平衡的利津断面洪水输沙水量为56.2亿~69.6亿m^(3)。

2005-2017年中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量数据集

土壤水是地球水体的重要组成部分之一,陆地上植被和作物所利用的水分主要是从土壤中直接汲取的。因此土壤水的存贮、补给、消耗、更新和平衡对全国尤其是干旱半干旱区域的农业、牧业、林业、自然生态环境和水资源平衡,有着极其重要的意义。本数据集选取中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北干旱半干旱区的8个生态系统观测研究站,收集整理了各站2005–2017年的土壤含水量长期观测数据,通过质量控制、开展剖面-样地尺度上层次及时间归一化统计计算,生成了相应的土壤储水量数据集,以期为中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量分布及变化状况提供长时序的数据刻画和支撑。

利用ML-GWAS解析玉米籽粒含水量相关性状的遗传基础

玉米成熟期籽粒含水量(KMC,kernel moisture content)是影响玉米机械化粒收的关键因素,利用多位点全基因组关联分析(ML-GWAS,multi-locus genome-wide association study)挖掘与籽粒含水量相关性状显著关联的遗传位点,解析其遗传基础,可为适机收玉米品种的选育和遗传改良提供参考。本研究以205份玉米自交系为材料,在4个环境下测定成熟期籽粒、苞叶与穗轴的含水量,使用mrMLM、FASTmrMLM、FASTmrEMMA、pLARmEB、pKWmEB和ISIS EM-BLASSO 6种多位点关联分析方法结合分布于全基因组的76492个单核苷酸多态性位点(SNP,single nucleotide polymorphism)进行关联分析,挖掘其候选基因并进行基因注释。表型分析显示,205份材料的籽粒含水量相关性状的变异系数在10.47%~33.90%,广义遗传率在67.39%~81.24%。6种ML-GWAS方法共检测到26个、15个和23个SNP位点分别与籽粒含水量、苞叶含水量和穗轴含水量显著关联;其中3种及以上方法共同检测到14个显著关联SNP位点,表型贡献率(PVE,phenotypic variation explained)在1.13%~17.21%。6种方法中pLARmEB检测到的显著位点最多,FASTmrEMMA检测到的最少。基于3种及以上方法共同检测到且平均PVE≥5%的显著SNP位点为Chr1_9232728、Chr4_176596174、Chr8_57716249和Chr5_191021635,在这4个SNP位点上下游220 kb共挖掘到17个候选基因,主要富集到细胞解剖实体、新陈代谢过程和细胞进程与催化活性,推测这些基因通过调节细胞代谢与催化活性最终影响玉米籽粒、苞叶和穗轴的含水量。

南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环,而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势,生态环境与经济社会发展需水,调蓄水库与输水工程规模,调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度,提出了与水源区可调水量相关的10个问题;以长江上游分布式水文模型为基础,建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型,力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有:在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下,“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×10^(10)m^(3),“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时,多年平均可调水量将达到1.74×10^(10)m^(3);在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后,南水北调西线水源区可调水量为1.22×10^(10)~1.26×10^(10)m^(3)。长远来看,应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合,在减小南水北调西线工程调水影响的同时,提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

阳城县春玉米灌溉用水量特征研究

为进一步优化阳城县春玉米的灌溉制度,利用阳城县1960-2019年气象资料,分析计算了春玉米各生育阶段需水量和降水量年际变化,并求出典型灌溉年份(25%、50%、75%、95%保证率)下当地春玉米的灌溉用水量。结果表明:60年来,阳城县春玉米全生育期多年平均需水量值为532.49 mm,气候倾向率以2.68 mm/(10 a)的变化减少;降水量多年平均值为411.65 mm,气候倾向率以13.11 mm/(10 a)的变化减少。4种典型灌溉年份(25%、50%、75%、90%保证率)下,需补充灌溉水量依次为80.70 mm、188.40 mm、350.43 mm、532.83 mm。

塔里木河下游生态需水量分析

生态需水量的研究对流域水资源调配和生态保护具有重要作用。在分析塔里木河下游生态系统组成和耗水量的基础上,根据水量平衡原理,采用湿周法对塔里木河下游河道生态需水量、基流生态需水量、植被生态需水量进行了探讨,提出塔里木河下游大西海子水库以下河道生态需水量为0.965亿m^(3)、河道基流生态需水量为1.455亿m^(3)、植被生态需水量为1.095亿m^(3)。分析结论可为干旱区生态用水提供参考。

皖南农村地区需水量特征分析及预测模型研究

需水量的准确预测对于提高农村地区水资源利用率、优化农饮水厂日常调度有着重要作用,然而现有预测算法面临农村部分地区可用历史数据少、质量差等问题,同时部分预测算法的计算负荷较高,无法有效适应农饮水厂运维环境。选取2021-2022年安徽省南部不同地区3处农饮水厂日供水量数据作为研究对象。经过特征分析发现,皖南农村地区日需水量存在季节性变化趋势明显而短期内波动较大的特点。针对该数据特点及实际计算需求,选取了使用网格搜索法优化后的ARIMA模型进行预测,并与SVR、LSTM、RF等模型进行对比分析。研究结果表明,使用网格搜索法的ARIMA模型可以更好地适应农饮水厂运维环境,利用其对于周期性、季节性数据较强的学习能力,对农饮水厂供水量变化趋势和规律进行准确预测,具有一定的普适性,且计算负荷明显优于其他方法。模型对比分析显示,ARIMA模型的预测精度最高,在3处农饮水厂测试集数据上的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为1.827、1.454、2.714。

花生与绿肥轮作对土壤含水量和土壤肥力的影响

探讨在冬春裸地上种植绿肥对后茬作物春花生养分含量、土壤含水量和土壤肥力的影响,为山东地区春花生等冬闲田建立一种合理的轮作方式提供理论依据。在田间试验条件下,设置了春花生—冬闲田、夏花生—冬小麦、春花生—二月兰和春花生—毛叶苕子4种轮作处理。结果表明:种植二月兰和毛叶苕子绿肥作物,可促进后茬作物花生氮磷钾养分增加,二月兰增加程度高于毛叶苕子。种植二月兰和毛叶苕子绿肥作物,可提高后茬作物花生土壤含水量和土壤肥力,在0~20 cm土层中,2021年,与春花生—冬闲田相比,春花生—二月兰、春花生—毛叶苕子土壤相对含水量分别升高了4.70%、6.14%,在20~40、40~60 cm土层中也表现出相似趋势,2022年与2021年相比,表现出相似规律;与春花生—冬闲田相比,春花生—二月兰处理有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量平均增加了5.71%、8.98%、7.22%和7.72%,春花生—毛叶苕子处理有机质、碱解氮含量平均增加了4.54%、14.91%。可以利用春花生种植期间的冬春裸地种植一季冬绿肥,促进后茬作物养分积累量增加,改善土壤肥力。

富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

附加用水量对再生砂混凝土工作性和力学性能的影响

再生砂掺量和附加用水量对新拌和硬化再生砂混凝土的性能有重要影响。本工作制备了再生砂掺量(γRFA)为30%、50%、70%、100%(质量分数,下同),附加用水量补偿系数(kwa)为0.6、0.75、0.9、1.0的16组再生砂混凝土,测试了这些再生砂混凝土的工作性(坍落度、扩展度与扩展时间)与力学性能(抗压、劈拉强度与弹性模量),分析了kwa和γRFA对再生砂混凝土性能的影响规律,获得了kwa的合理取值范围。结果表明,随着kwa的降低,再生砂混凝土的工作性下降,力学性能增大;γRFA对混凝土力学性能的影响与附加用水量有关,在中低附加用水量(kwa=0.6、0.75)条件下,随着γRFA的增加,再生砂混凝土的部分力学性能指标增大且其值高于天然砂混凝土,而在高附加用水量(kwa=0.9、1.0)下,再生砂混凝土的力学性能随着γRFA的增加呈线性降低。γRFA低于50%对再生砂混凝土力学性能的影响较小,kwa值在0.75~0.9范围变化对再生砂混凝土工作性能与力学性能的影响均相对较小。

相空间重构后矿井涌水量序列地质学含义及其应用研究

目的为了确定相空间重构矿井涌水量序列的地质学含义并提高涌水量预测精度,方法以王行庄矿为例,在涌水量序列相空间重构后,对重构后相空间列向量与涌水量主控因素进行相关性分析,并在此基础上建立混沌理论与人工神经网络耦合(Chaos-ENN)的涌水量预测模型。结果结果表明:相空间的嵌入维数等于矿井涌水量主控因素个数;相空间的第1,2,4,5,6列向量分别与C_(2)tL_(7-8)含水层水位埋深、O_(2)m+Є_(3)ch含水层水位埋深、采空区面积、C_(2)tL_(1-4)含水层水位埋深、开拓长度具有较高的相关性,第3列与不易量化的其他综合因素有关;构建的Chaos-ENN涌水量预测模型在王兴庄矿的预测精度达到97.91%。结论涌水量序列重构后相空间的列向量具有明确的地质学含义。利用混沌理论可以量化涌水量预测模型中ENN输入层的个数及取值,所以仅需涌水量序列值就可以建立矿井涌水量预测的Chaos-ENN模型,该模型解决了涌水量预测中存在的主控因素难以确定和不易量化的难题,且预测精度高,具有较高的推广价值。

龙羊峡水库后汛期入库径流特征及可蓄水量分析

以1956—2022年唐乃亥水文站实测水文数据为基础,采用数理统计方法,重点分析黄河源区后汛期径流特征,并结合龙羊峡水库满负荷发电流量,对龙羊峡水库在后汛期可蓄水量进行不同情景的分析讨论。研究表明:1)唐乃亥水文站后汛期径流量年际变化较大,丰枯不均,以正常偏枯为主,多年平均后汛期径流量占汛期径流量的29.1%;2)唐乃亥水文站后汛期日平均流量在1000 m^(3)/s以上的径流量平均为8.96亿m^(3),年际变化极大,以1000 m^(3)/s发电流量运用,龙羊峡水库蓄至正常蓄水位的保证率仅为10%,多数年份汛期结束后水位无法达到正常蓄水位2600 m。建议根据后期来水,适时调整进入后汛期的时机,优化和调整龙羊峡水库年度调度方案,为高效合理利用黄河源区后汛期水资源奠定基础。

基于VMD-GA-BiLSTM的月降水量预测方法

利用辽宁省气象局提供的地面观测降水资料,构建了具有多元时间特征的降水数据,采用变分模态分解方法(variational mode decomposition,VMD)组合遗传算法(genetic algorithm,GA)对双向长短时记忆神经网络(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)进行优化,建立基于VMD-GA-BiLSTM的月降水量预测模型,并与BiLSTM、VMD-BiLSTM和GA-BiLSTM进行实验对比,应用均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和R 2决定系数作为模型评价指标。实验结果表明:VMD-GA-BiLSTM模型的R 2决定系数达到0.98,RMSE和MAE表现更低,验证了VMD-GA-BiLSTM模型在时间序列预测方面的优势。

长江流域冬油菜需水量及水分盈亏特征分析

基于长江流域冬油菜优势产区11个省、2个直辖市共计129个城市近20年的逐日气象数据,采用经验公式、FAO推荐的改进HS数据模型和作物系数分别计算各城市冬油菜全生育期及各生育阶段有效降水量及需水量,并对水分盈亏指数及多年旱涝灾害发生频率进行分析。结果表明,长江流域冬油菜在各生育阶段有效降水量均呈由东南向西北递减的带状分布特征,其中鄱阳、洞庭两湖平原及杭嘉湖平原有效降水量充沛,长江中下游干流南北沿岸地区有效降水量适中,秦岭—淮河一线、四川盆地及云贵高原有效降水量偏少;各生育阶段的需水量呈现西南高、东南中、西北低的分布特征,其中云南省需水量最高,长江中下游平原需水量适中,秦岭—淮河一线、四川盆地、贵州省需水量最低;多年水分盈亏空间分布特征表现为长江中下游干流南北沿岸地区水分供应适中,秦岭—淮河一线、四川盆地、云贵高原水分供应不足;水分盈亏年代演变特征表现为苗期长江上游旱灾多发、涝灾偶发,中下游涝灾多发、旱灾偶发,其他生育阶段长江上游旱灾频发,中下游旱灾多发、涝灾偶发的特征。为有效保障长江流域冬油菜各生育阶段的适当水分供应,在苗期阶段,长江上游地区应注意适量灌溉、中下游地区应注意及时排涝;其他生育阶段,长江上游地区应注意充分灌溉,中下游干流北岸城市应注意适时灌溉,中下游干流南岸城市应注意适时排涝,以促进长江流域冬油菜高产稳产,保障国内油菜籽原料稳定供应。

太湖流域洪水与水量调度方案修订的认识与思考

太湖流域经济社会的快速发展对流域调度工作提出新的更高要求。回顾了《太湖流域洪水与水量调度方案》实施以来流域防洪与水量调度的实践,总结分析了方案修订背景、总体考虑以及修订的主要内容,并作出展望与思考。

宁夏地区春玉米灌溉需水量特征研究

【目的】提高宁夏地区春玉米的灌溉效率,优化农业资源配置。【方法】依据宁夏地区11个站点1960-2019年的气象资料,确定宁夏地区年际及春玉米生育期不同水文年型的有效降雨量;然后,利用ET 0 Calculator软件计算参考作物腾发量,并结合作物系数法计算作物需水量,求得宁夏地区年际及不同水文年型下春玉米各生育期的作物需水量、灌溉需水量、耦合度和水分盈亏指数。【结果】1960-2019年间,宁夏地区年有效降雨量波动较大(158.5~424.2 mm),北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米生育期有效降雨量分别为123.9,205.4和334.4 mm。宁夏全区春玉米生育期需水量为482.0~690.7 mm,其中南部山区和中部干旱带春玉米需水量有降低趋势,而北部引黄灌区有增大趋势。北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米灌溉需水量分别为566.8,413.0和147.6 mm;在枯水年、平水年和丰水年宁夏全区春玉米灌溉需水量分别为448.5,378.9和317.0 mm。南部山区降雨对作物需水量的满足程度最高,耦合度为0.70,是北部引黄灌区的3.89倍。【结论】宁夏南部山区应以集雨技术为基础发展雨养玉米种植;北部引黄灌区和中部干旱带需要大力发展节水灌溉,其中在北部引黄灌区春玉米大喇叭口期、抽雄期和乳熟期需要分别补灌87.2,79.6和275.6 mm,在中部干旱带需要分别补灌65.7,62.4和212.8 mm。