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。

天津滨海新区湿地生态恢复需水量评估

生态需水量的核算是湿地水文生态恢复的关键步骤。通过分析计算,评估天津滨海新区湿地生态系统各类生态需水的3个特征值:最低生态需水量(即湿地生态系统丧失生态功能的临界需水量)、最适生态需水量(即维持湿地生态功能最佳状态的需水量)、最高生态需水量(即湿地生态系统所能承受的最大水量),得出如下结论:天津滨海地区湿地的生态需水主要包括蒸发蒸散需水量、湿地土壤需水量、补给地下水、湿地生物栖息地需水量4个部分;湿地的最低生态需水量为177.68×106～276.85×106 m3,最适生态需水量539.23×106～807.81×106 m3,最高生态需水量1 206.55×106～1 409.02×106 m3。

兰州市南北两山土壤水分遥感反演及植被需水量估算

探究西北干旱区土壤水分和植被需水量动态变化特征,可为生态恢复不同阶段所需水资源量及水资源优化配置提供科学依据。以兰州市南北两山为研究区,基于Sentinel-2 L2A和Landsat 8 OLI遥感影像,结合实测土壤0~10 cm的111个数据,分别构建垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI)、改进型垂直干旱指数(Modified Perpendicular Drought Index,MPDI)和植被调整垂直干旱指数(Vegetation-adjusted Perpendicular Drought Index,VAPDI)土壤水分反演模型,并采用4种模型指标定量决定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)、均方根误差(RMSE)对模型反演的效果进行精度评价,选出最优的土壤水分反演模型并结合土壤水分限制系数,与研究区2019年林地、草地和耕地植被面积的空间数据、各站点生长季内的参考作物蒸散量,构建植被生态需水量模型,厘清研究区内土壤水分、植被需水量时空变化特征。结果表明:(1)2种数据源下的PDI、MPDI、VAPDI和实测数据之间均有着不同程度的线性负相关性,其中R^(2)分别为0.37、0.64和0.59,从评价指标的结果来看,MPDI的土壤水分回归模型的拟合决定系数最高,2种遥感数据反演的土壤水分空间分布格局具有一致性。(2)分辨率高的Sentinel-2L2A土壤水分反演更加精细,土壤水分整体呈波动增长趋势,多时段土壤水分的平均值为23.27%,呈现出降低再增加然后下降,总体增幅为74.07%。(3)兰州市南北两山4—10月植被需水量月均值也呈现先增加后下降的趋势,与土壤水分含量变化具有一致性,4—10月中7月植被需水量最大,为3.98×10^(7)m^(3),10月植被生态需水量最小,为0.97×10^(7)m^(3)。随着环境绿化工程的实施,兰州市南北两山从只能生长耐旱草本和低矮灌木的植物,逐步形成以多种类结合的群落结构。本研究可为兰州市南北两山土壤水资源合理利用及植被恢复提供参考。

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。

江苏省冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

为实现江苏省冬小麦科学灌溉、提高农业用水效率,明晰江苏省冬小麦需水量及气候影响因素的时空变化特征,为全省冬小麦灌溉管理及农业水资源高效利用提供科技支撑,基于江苏省共计12个地区2013-2022年冬小麦季相关气象资料,通过Penman-Montieth法计算近十年来江苏省冬小麦需水量,并利用Pearson相关分析法对近十年江苏省冬小麦需水量时空变化特征、需水特性以及气象影响因素进行了分析。近十年间江苏省年平均气温、日平均湿度、地表温度、降水量、蒸发量、平均日照时数均呈总体上升趋势,太阳总辐射量呈减小趋势。近十年来江苏省冬小麦本田期的需水量平均值为451.82~692.50 mm,年际变化范围在540.19~646.70 mm,不同年份间呈现减小的趋势,空间上则呈现由西北向东南递减的趋势。江苏省大部分地区冬小麦需水强度最小值出现在1月,5-6月抽穗期与灌浆期需水强度最大。江苏省冬小麦全生育期需水量与年均降雨量、日均湿度之间存在负相关关系,与年均水面蒸发量、年均日照时数、年平均气温间存在正相关关系,这其中以日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温对冬小麦需水量的影响最为明显。并且,近十年冬小麦全生育期需水量的总体下降趋势可能是由于其与日均湿度明显更高的负相关性所导致。总之,近十年来江苏省冬小麦需水量逐年有下降趋势,且由西北向东南递减,此外全省日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温是近年来冬小麦需水量变化的主要影响因素。

1958—2017年江西省水稻需水量与有效降雨量耦合关系分析

基于江西省15个气象站点1958—2017年逐日气象数据,利用Penman-Monteith方法、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率和ArGIS空间插值分析等方法,分析了早稻和晚稻生育期内有效降雨量(P_(e))、需水量(ET_(c))及需水量与有效降雨量耦合度(λ)时空分布特征。结果表明:江西省早稻和晚稻生育期内平均有效降雨量分别为186.69和119.26 mm,早稻和晚稻有效降雨量分别以1.00和1.31 mm/10a的平均速度增加,赣北有效降雨量及其上升趋势均大于赣南;早稻和晚稻生育期多年平均需水量分别为335.77和381.20 mm,早稻和晚稻需水量最大值均出现在赣州、吉安站附近区域,最小值均出现在庐山、修水站附近区域,早稻需水量和晚稻需水量变化趋势分别为-3.09和-7.95 mm/10a;早稻和晚稻需水量与有效降雨量耦合度多年平均值分别为0.57和0.33,早稻和晚稻耦合度均以0.01/10a呈不显著增加趋势。早稻和晚稻耦合度最大值均出现在庐山站,早稻和晚稻耦合度较小值均在赣州、吉安、南昌和波阳站,总体上,早、晚稻耦合度及耦合度倾向率均为赣北大于赣南,赣南地区水稻缺水情况比赣北更严重,尤其要关注赣南地区晚稻缺水情况,并做好水资源规划及制定灌溉措施。

基于主要驱动因子筛选法和深度学习算法的浙江省动态需水量预测

收集了浙江省2000—2020年各用水行业需水量数据,采用基于Spearman秩相关分析的主要驱动因子筛选法筛选了影响各行业需水量的主要驱动因子,进而构造了改进的长短时记忆(LSTM)神经网络需水量预测模型,对各行业需水量进行动态滚动预测,并将改进LSTM模型的预测结果与传统单变量LSTM预测模型、卷积神经网络模型、支持向量回归模型的预测结果进行了对比。结果表明,基于主要驱动因子筛选法改进的LSTM模型能实时动态滚动预测各行业每年需水量,且预测结果精度高于其他3种模型。

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。

浙江省东部沿海地区水稻灌溉需水量空间分布规律研究

灌溉需水量的时空分布是科学制定不同地区灌水定额和灌溉管理策略的主要依据。以浙江东南沿海地区15个气象站近30年逐日的气象资料,采用联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith方法,计算水稻全生育期内的灌溉需水量。利用GIS的空间分析功能,通过反距离权重插值法得到水稻灌溉需水量空间分布图。结果表明,浙江东南沿海地区水稻灌溉需水量空间差异悬殊,多年平均值介于202.8~586.5 mm,多年均值表现为由东至西递减分布格局。通过水稻灌溉需水量空间分布规律分析,提出针对性的灌溉管理策略,可为浙江东部沿海地区灌溉用水管理提供科学依据。

三亚市崖州区双季稻需水量与需求指数变化分析

为更精确地掌握海南省三亚市崖州区双季稻生育期内的灌溉需求,为双季稻种植的灌溉水量分配提供参考依据。本研究基于三亚市2002—2022年逐日气象资料和当地早、晚稻种植区作物生长的统计资料,分析了当地参考作物蒸散量(ET_(0))、双季稻生育期内的作物需水量(ET_(c))、有效降雨量(P_(e))、净灌溉需水量(IR)和灌溉需求指数(IRI)的变化,采用P_(e)nman-Monteith公式和单作物系数法,并结合年际变化倾向率以及Mann-Kendall趋势检验法,分析了2002—2022年三亚市ET_(0)、双季稻ET_(c)和IR的时间变化特征。结果表明:2002—2022年三亚市ET_(0)为1 115.8~1 213.5mm,呈不显著的增加趋势,变化率为0.72 mm/a,年均ET_(0)为1 152.9 mm;早稻全生育期ET_(c)、P_(e)、IR分别介于399.5~448.3 mm、94.4~200.9 mm、205.5~353.0 mm之间,ET_(c)呈不显著的增加趋势,变化率为0.28 mm/a,IR呈不显著的减少趋势,变化率为-0.18 mm/a;晚稻全生育期ET_(c)、P_(e)、IR分别介于357.1~402.9 mm、266.1~422.7 mm、-65.7~126.2 mm之间,ET_(c)呈显著的增加趋势,变化率为0.78 mm/a,IR呈不显著的增加趋势,变化率为2.04 mm/a。早稻各生育阶段作物需水量变化趋势为:拔节孕穗>分蘖后>分蘖期>乳熟期>抽穗开花>黄熟期>移植回青,晚稻各生育阶段作物需水量变化趋势为:拔节孕穗>分蘖期>乳熟期>分蘖后>抽穗开花>黄熟期>移植回青。三亚市崖州区早、晚稻灌溉需求指数分别介于0.51~0.79和-0.18~0.32之间,年均IRI分别为0.67和0.09。由此可知,三亚市崖州区早稻对灌溉的依赖程度远远高于晚稻,仅依靠有效降雨无法满足作物生长的需求,易发生干旱缺水现象,需在生育期进行补充灌溉。

不同灌溉方式下无花果需水规律及作物需水量预报

探究不同灌溉方式下无花果需水规律及作物需水量的预报对无花果生产具有重要的研究和指导意义。根据广东省水利重点科研基地2022年5月至2023年12月的无花果种植数据,分析不同灌水方式下无花果需水规律,推求作物系数曲线,结合Hargreaves-Samani模型和单作物系数法,基于公共天气预报进行无花果需水量预报。结果表明:不同灌水方式中沟灌的需水量最大,2023年日均需水量为2.44mm/d,其次是喷灌和地面滴灌,日均需水量分别为2.23mm/d和2.04mm/d,地下滴灌需水量最小,为1.92mm/d,5-9月为无花果需水旺盛期。采用联合国粮农组织(FAO)推荐的单作物系数法推求出试验站无花果Kc作物系数曲线,作物系数地下滴灌<地面滴灌<喷灌<沟灌。气温预报精度较高,最低气温的预报精度优于最高气温的预报精度。经过率定的Hargreaves-Samani模型具有良好的ET0预报精度,相关系数平均值可达0.86。4种灌溉方式无花果作物需水量预报精度低于ET0预报,相关系数范围为0.68~0.74。无花果作物需水量预报模型可以提供未来两周内的无花果需水量,为灌溉决策者提供信息,有利于农民提前安排水资源的分配。

基于CIWOA-BP和灰色置信区间的银川市需水量预测模型

需水量预测是水资源科学配置和调度的基础,为提高其合理性,针对需水量变化的波动、不确定性特点,提出一种改进鲸鱼算法(CIWOA)优化BP神经网络与灰色置信区间估计相结合的需水量区间预测模型。利用灰色关联分析筛选需水量影响因子,输入CUBIC混沌映射和自适应权重改进的鲸鱼算法优化BP模型(CIWOA-BP),结合灰色置信区间估计建立组合区间预测模型,对银川市需水量进行模拟预测。结果表明:CIWOA-BP模型预测精度高于普通鲸鱼算法优化BP模型(WOA-BP)、遗传算法优化BP模型(GA-BP);CIWOA-BP模型与灰色置信区间的组合模型优于其与BOOTSTRAP区间估计组合,在置信度90%时需水量区间预测合理、可靠。

阳光玫瑰葡萄需水量及耗水规律研究

为了明确阳光玫瑰葡萄生长期的需水量,为葡萄园节水灌溉提供理论依据,以阳光玫瑰葡萄为研究对象,通过调查生产上有效降雨量,计算水分盈亏量,在水分盈亏量的基础上设计3个灌水量处理(1 500、2 250、3 000 m^(3)/hm^(2)),研究不同灌水量对葡萄叶水势、树冠覆盖率、叶面积系数、果实品质和耗水特性的影响,确定葡萄需水量,并揭示其耗水规律。结果表明:在2 250、3 000 m^(3)/hm^(2)灌水量处理下,果实可溶性糖含量、可溶性固形物含量、固酸比均无显著性差异,但均显著高于1 500 m^(3)/hm^(2)灌水量处理;在2 250 m^(3)/hm^(2)灌水量下既不影响果实品质,又能节水;不同灌水量下葡萄耗水规律为果实膨大期>果实成熟期>新梢生长期>花期。综上,阳光玫瑰葡萄生长期总需水量为5 539 m^(3)/hm^(2)。

晋北紫花苜蓿需水量对气候变化的响应

【目的】分析晋北紫花苜蓿需水量对气候变化的响应。【方法】基于彭曼-蒙特斯公式,利用1972—2019年晋北6个气象站的气象观测资料和紫花苜蓿生育期资料,对晋北典型牧草种植区的紫花苜蓿需水量进行估算,探讨气候变化对紫花苜蓿需水量的影响。【结果】紫花苜蓿需水量最大的地区主要集中在怀仁市和山阴县,其次为应县、平鲁区、朔城区;右玉县需水量最小。晋北紫花苜蓿生长季需水量呈减少趋势,紫花苜蓿生长季多年平均需水量为751 mm,平均每10 a下降11 mm。【结论】紫花苜蓿需水量的下降主要是由风速、日照时间的变化共同导致。气候变暖会增加紫花苜蓿需水量,不同区域的需水量变化不同,未来气温变暖可能对山区、气温较低地区的紫花苜蓿需水量影响最为显著。

运城市主要粮食作物灌溉需水量时空变化研究

明确运城市主要粮食作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律,为未来该市灌溉用水的科学配置提供基本参数。基于运城市域内13个气象站点的长期观测资料,利用Penman-Monteith公式确定参考作物蒸散量,结合有效降雨量和作物系数等参数,计算分析了运城市近50 a冬小麦与夏玉米的灌溉需水量及其时空变化特征。结果表明:在研究时段内,冬小麦和夏玉米年灌溉需水量整体均呈现波动式降低的变化趋势,整体降低幅度分别为-0.7和-2.1 mm/(10 a)。冬小麦在4月和5月的灌溉需水量较多,分别为80.5 mm和108.4 mm;夏玉米则为8月份的灌溉需水量最大,约为85.3 mm。冬小麦和夏玉米全生育期的平均灌溉需水量都呈现从东向西逐渐递增的趋势,冬小麦灌溉需水量的变化范围处于283.6~336.8 mm,夏玉米则为165.4~253.9 mm。相关分析结果表明,水汽压差与太阳辐射对运城市冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响较大。运城市冬小麦与夏玉米灌溉需水量在时间上呈波动降低趋势,在空间上则由东向西逐步递增;气温与降水的变化趋势显示运城市的气候正在朝暖湿化方向发展,未来灌溉方案的制定与优化应当予以充分考虑。

基于径向基神经网络预测日参考作物需水量

为了利用有限的气象数据准确预测蓄水坑灌果园的日参考作物需水量,利用蓄水坑灌试验基地逐日温度与湿度数据,构建了基于径向基神经网络的ET0预测模型,并将其模拟结果及Hargreaves、Priestley-Taylor两种常用ET0计算模型的计算结果同FAO-56 Penman-Monteith(FAO56-PM)公式计算的标准值进行对比。结果表明:径向基神经网络预测模型的模拟结果与标准方法FAO56-PM公式的计算结果最接近,而Hargreaves、Priestley-Taylor两个常用计算模型的计算结果比标准值偏大,在实际应用中应对其进行校正。

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。

参考作物蒸散量的计算及不同作物灌溉需水量的特征分析

【目的】研究分析参考作物蒸散量结合作物系数估算作物各生育阶段灌溉需水量特征,为农业用水调配提供依据。【方法】基于新疆阿克苏市气象站点1980~2010年逐日气象数据,采用Hargreaves-Samani(H-S)、Irmark-Allen(I-A)和Priestley-Taylor(P-T)3种方法模拟计算参考作物蒸散量(Reference Crop Evapotranspiration,ET 0),依据R 2、nRMSE和MAPE评价3种模拟方法的精度,并分析ET 0在年际间和月尺度下的变化规律。分析不同典型年冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的需水规律。【结果】(1)H-S法、I-A法和P-T法计算的研究区ET 0模拟值与标准值的R 2分别为0.965、0.949、0.946,MAPE分别为20.85%、26.46%、66.71%。(2)研究区全年ET 0累计值30年均值为960 mm,5~8月较大,12月和1月较小。(3)冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米分别在返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期的灌溉需水量最大,其对应值为108、308、131和136 mm。(4)全生育期内,冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的灌溉需水量分别为448、533、394和385 mm。【结论】H-S法和I-A法在新疆阿克苏市ET 0计算有良好的普适性;研究区ET 0累计值年际间变化不大,年内呈先增大再减小的趋势;冬小麦、棉花、春玉米、夏玉米的关键需水期分别为返青-拔节期、开花-吐絮期、抽穗-乳熟期、抽穗-乳熟期;全生育期内,棉花灌溉需水量最大,其次为冬小麦、春玉米、夏玉米。

洞庭湖生态水位与生态需水量研究

为保护洞庭湖生态系统,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站1961~2020年逐日水位监测数据,开展洞庭湖生态水位和生态需水量的研究。运用天然水位资料法、湖泊形态法、生物空间最小需求法、年保证率法、最低年平均水位法和频率曲线法等6种分析方法计算得出洞庭湖生态水位,利用功能法计算得出洞庭湖生态需水量。结果表明:(1)洞庭湖东、南、西3个湖区最低生态水位分别为24.20,27.78,29.42 m,适宜生态水位分别为25.80,29.07,30.08 m。(2)洞庭湖东、南、西3个湖区最低生态需水量分别为6.31亿,10.02亿,3.83亿m^(3),适宜生态需水量分别为12.66亿,13.99亿,4.61亿m^(3),洞庭湖最低与适宜生态需水量分别为20.16亿m^(3)和31.26亿m^(3)。研究成果可为洞庭湖区域水资源合理配置、湖区生态系统健康运转和洞庭湖治理与保护提供参考依据。

冬小麦需水量的预测模型对比分析

【目的】构建冬小麦需水量预测模型,提高需水量预测的精准度,为基于气象信息的需水量预测提供更为可靠的方法。【方法】选取新疆奇台县近5年的气象数据,采用公式Penman-Monteith计算冬小麦需水量(近似为真实需水量),基于CNN-BiLSTM模型,将平均温度、风速、湿度和降水量4个变量作为输入参数,预测冬小麦需水量,对比评估预测CNN-BiLSTM与LSTM、BiLSTM等6种模型的精准性。【结果】采用少量参数分别输入BP、RNN、LSTM、改进的BiLSTM和CNN-BiLSTM等模型中预测需水量,BP神经网络的预测效果较差。在模型评估中,CNN-BiLSTM比LSTM的R 2提高约8%,MSE降低约0.56。【结论】CNN-BiLSTM模型对小麦需水量预测更加精准。