世界农业强国的水利保障措施及其启示

农业是国民经济和社会发展的基础,水利是农业的命脉。在中国水资源总量不足、且时空分布不均匀的背景下,加强水利基础设施建设、提高农业水资源利用效率是农业强国建设的重要支撑条件。通过文献调研,对世界农业强国的水利发展经验、教训进行了归纳总结。在此基础上,结合中国农业发展和水资源利用的特点,提出中国农业强国建设中的水利保障建议:积极推动中国特色的水权制度体系建设,完善国家及区域水网实现水资源空间均衡,通过地表水、地下水和非常规水资源综合利用和联合调度提高供水保障程度,大力发展以高效节水灌溉和高效旱作农业为支撑的适水农业。

冬小麦田间墒情预报的BP神经网络模型

土壤墒情预报是农田适时适量灌水的基础 .田间土壤水分的变化受到外界气象因素及土壤特性、作物长势等的影响 ,关系比较复杂 .本文利用北京市永乐店试验站冬小麦返青后的土壤水分试验资料 ,建立了土壤墒情预报的BP网络模型 ,模型中同时考虑了多个因素对土壤贮水量的影响 .利用部分实测资料对网络进行训练 ,然后对 2年不同灌水处理下的土壤贮水量进行预测 ,取得了较好的效果 ,表明BP神经网络用于墒情预报是可行的 .

冬小麦田间墒情预报的经验模型

基于土壤水分变化率与贮水量成正比这一假定 ,得出了土壤水分的指数消退关系。在此基础上 ,建立了冬小麦生育期土壤墒情预报的经验递推模型 ,并对模型进行了检验 ,表明模型预报效果较好。该模型的特点是模型简单且参数较少 ;其主要局限性是模型中土壤水分消退系数地域。

冻融期地下水位变化情况下土壤水分运动的初步研究

建立了地下水浅埋条件下土壤冻融期水热耦合迁移模型，并采用混合型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程对冻融过程中的土壤饱和—非饱和水分流动问题进行了初步研究。模拟结果与试验资料的对比表明所采用的模型是可靠的。根据模拟结果，冻结过程中潜水位最大降深与初始潜水埋深间的关系可用反Ｌｏｇｉｓｔｉｃ公式表示。对于内蒙古河套灌区，考虑融化期春小麦需水要求的土壤封冻前的适宜地下水位约为１．５ｍ～２．０ｍ。

基于遥感的农业用水效率评价方法研究进展

遥感技术的发展为区域尺度蒸散发计算、作物分布识别及估产提供了一条有效途径,为基于遥感信息的灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率定量评价奠定了基础。回顾总结了遥感蒸散发模型、瞬时蒸散发升尺度方法、日蒸散发插值方法、作物分布识别方法及作物估产模型的研究进展,评述了遥感蒸散发及作物估产结果在灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率评价中的应用情况。提出了相关领域需要进一步研究的问题,包括适合非均匀下垫面特点且具有较强物理基础的灌区遥感蒸散发模型、日蒸散发插值中灌溉或降雨引起土壤含水量突变情况的处理、农田蒸散发中灌溉水有效消耗量的准确估算、能适应复杂种植结构并且适用于多年的作物分布遥感识别模型以及精度较高且可操作性强的遥感估产模型等。

冬灌对越冬期土壤水分状况影响的数值模拟

根据土壤水动力学、地表能量平衡、空气动力学理论建立了越冬期土壤冻融条件下土壤—大气连续体的水热传输模型，包括冻融条件下土壤水热迁移子模型、地气间水热交换子模型。在该模型的基础上，模拟了北京地区冬灌对越冬期土壤水分状况的影响，从理论上得到了冬灌具有贮水作用的结论，并分析了合理的冬灌定额。

潜水蒸发研究进展

在有关研究成果的基础上,论述潜水蒸发的主要研究方法,归纳了裸地和植被生长条件下潜水蒸发的常用估算方法。指出未来应加强植被生长条件下潜水蒸发的试验观测,在水循环过程综合研究的基础上深入分析不同条件下的潜水蒸发规律。

基于BP神经网络的土壤冻结温度及未冻水含量预测模型

土壤冻结温度与未冻水含量是冻土的重要物理参数 ,影响因素多 ,关系复杂 .利用BP网络模型来描述冻结温度与未冻水含量及其与主要影响因素之间的关系 ,效果良好 .该模型直接根据试验数据通过神经网络的自学习能力寻求输出变量与输入变量间的内在非线性规律 。

互补相关原理在绿洲月蒸发量估算中的应用

互补相关原理反映了区域蒸发能力和实际蒸发的互补关系,可根据常规气象观测资料计算区域实际蒸发量,但目前主要用于湿润、半湿润地区。本文利用位于干旱区的新疆叶尔羌河平原绿洲的水文、气象观测资料,用水量平衡模型计算了年实际蒸发量,用修正Penman公式计算了年蒸发能力,验证了互补相关原理在该绿洲的适用性。利用CRAE(Com-plementary Relationship Areal Evapotranspiration)模型计算了绿洲的月蒸发量,年蒸发总量与利用水量平衡方法计算得到的结果基本一致,且蒸发量年内变化过程比较合理,表明利用CRAE模型计算干旱区绿洲月蒸发量是可行的。

计算潜水蒸发系数的反Logistic公式

根据新疆叶尔羌河流域地下水均衡场裸地潜水蒸发的试验观测资料，提出了进行潜水蒸发系数计算的反Ｌｏｇｉｓｔｉｃ公式，同时采用可变多面体法对公式进行了非线性拟合。该公式较全面地反映了潜水蒸发系数的变化规律，简单实用。

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果。

土壤水分模拟与墒情预报模型研究进展

土壤墒情预报是在土壤水分模拟模型的基础上对农田耕作层土壤水分的增长和消退程度所进行的预报。墒情预报是灌溉预报的基础 ,对于水资源短缺条件下农田水分的合理调控具有重要意义。墒情预报模型可以分为确定性模型与随机性模型两大类 ,其中确定性模型包括水量平衡模型、土壤 -植物 -大气连续体 (SPAC)水分传输模型、SPAC水热耦合传输模型等 ,随机性模型包括数理统计模型 (包括回归模型、时间序列模型、人工神经网络模型等 )、随机水量平衡模型与随机土壤水动力学模型等。本文对各类墒情预报模型进行比较 。

确定河流生态流量的几种湿周法比较

为比较不同湿周法在计算河流生态流量中的适用性,采用幂函数描述无量纲化的湿周～流量关系,利用曲率法、斜率法及多目标评价法中的线性加权和法、理想点法(尺度系数r分别取1,2,∞)、乘除法等7种方法计算河流生态流量。结果表明:曲率法的结果偏小;斜率法、理想点法(r=1)、线性加权和法的结果相同,且位于各方法的中间;另外3种多目标评价方法得到的河流生态流量大于斜率法等的结果,但湿周的增加比例明显小于流量增加比例。在湿周～流量关系符合幂函数关系时,利用斜率法或理想点法(r=1)、线性加权和法确定河流生态流量的方法是适宜的。

叶尔羌河绿洲潜在腾发量的变化特性

利用Ｐｅｎｍ ａｎ－ Ｍｏｎｔｅｉｔｈ 公式，根据叶尔羌河绿洲莎车气象站１９９３～１９９６ 年逐日气象观测资料计算了日潜在腾发量，对其变化特性进行了分析。同时建立了潜在腾发量与气温、２０ｃｍ 蒸发皿蒸发量的经验关系，根据这些经验关系进行潜在腾发量的估算方法简单。

基于水旱灾害的中国农业水安全情势评价

农业是中国乃至全世界的用水大户,农业水安全是区域水安全的重要组成部分,也是粮食安全的基础。在分析中国农业水安全主要影响因素的基础上,以干旱、洪涝灾害的受灾比例为指标评价中国农业水安全的动态变化趋势。结果表明:最近30多年来,中国干旱受灾面积及受灾比例均呈现显著减小趋势,而洪涝受灾面积及受灾比例则基本稳定;总体上,农业水安全状况有好转的趋势,出现这种趋势的主要原因可能是有效灌溉面积的增加和高耗水作物(稻谷、小麦)种植面积的减少。

新疆绿洲灌区水盐监测信息系统

在引进世界银行贷款实施的新疆叶尔羌河灌区、渭干河灌区水盐监测项目中，取得了大批水盐监测数据．为了便于对监测数据进行分析处理，在关系型数据库管理系统FoxbasePlus和MicrosoftC编译系统的支持下开发了新疆绿洲灌区水盐监测信息系统．文中介绍了系统的设计思想、功能及在水盐监测数据分析中的应用．在系统设计中充分考虑了水盐监测数据分析的要求，系统具有数据维护、数据处理、图形处理及输出等功能．数据维护功能实现了监测数据的输入、存贮、修改与检索；在数据处理模块中对水盐监测中取得的基础调查、气象、地表水、地下水、土壤水盐等原始资料进行处理，并输出分析处理的结果；图形处理模块则用等值线图、分区图等空间分布图、动态过程图、关系图、统计图等将监测结果直观地反映出来．在新疆叶尔羌河灌区、渭干河灌区的应用表明，该系统具有较强的实用性和通用性，功能较为齐全，能够满足灌区水盐监测数据分析的要求．

地下水浅埋条件下越冬期土壤水热迁移的数值模拟

应用土壤冻融过程中水热耦合迁移模型，对内蒙古河套灌区地下水浅埋条件下整个土壤冻融过程进行了模拟，分析了越冬期土壤水热迁移规律．结果表明，快速冻结阶段土壤冻结速度随深度线性减小．冻结过程中某一深度处的含水量增量与冻结速度呈双曲线型相关关系．提出了土壤冻融过程中的特征含水量概念，以描述土壤含水量的动态变化特征．

基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价

为评价干旱区灌区的灌溉效率,该文以作物生长期灌溉地的蒸散发扣除降水量作为灌溉水的有效利用量,将灌溉水有效利用量与灌溉净引水量(总引水量减去退、排水量)的比值定义为灌溉水有效利用系数。利用遥感蒸散发模型可以较为准确地估算灌溉地蒸散发,从而可以避免传统灌溉水利用系数评估中难以准确估算通过灌溉到达作物根系层水量的问题。以河套灌区为研究对象,利用遥感蒸散发模型(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)计算了区域内灌溉地作物生育期的蒸散发量,并结合降水量与净引水量的观测资料,对节水改造以来(2000-2010年)河套灌区灌溉水有效利用系数进行了分析和评价。结果表明,灌溉水有效利用系数近年来有增加趋势,同时灌溉水有效利用系数随降水量和净引水量的减小而增大,减少供水对灌溉水有效利用系数的影响要大于灌区节水改造工程的影响。另一方面,在灌区净引水量减少的情况下,灌溉地蒸发量能够维持在较稳定的水平,反映了近年来灌区节水改造的效果较好。

利用SPAC模型对冬小麦蒸散发的研究

根据SPAC模型对不同灌水处理下冬小麦返青至成熟期田间水热传输及转化规律的数值模拟结果 ,拟合了根据地表以下 1m土层贮水量和参考作物腾发量进行农田蒸散发估算的经验公式 .利用经验公式和SPAC模型对不同灌水处理和不同潜水埋深下冬小麦返青至成熟期的蒸散发进行了计算 ,结果吻合良好 .

土壤冻结过程中潜水蒸发规律的模拟研究

应用土壤冻结过程中水热耦合迁移模型模拟了内蒙河套灌区１９９０～１９９１土壤冻结期潜水蒸发过程，模拟值与实测值吻合较好．在此基础上，对不同负积温、不同潜水埋深条件下的潜水蒸发过程进行了模拟，并分析了埋深、负积温对冻结期潜水．蒸发总量的影响，提出了冻结期潜水蒸发折算系数的概念．潜水蒸发折算系数与负积温无关，有助于对土壤冻结期潜水蒸发规律的分析和应用．