农田排水沟的生态化设计及效应

对农田排水沟进行生态化设计,是解决我国灌区的农业面源污染、混凝土在沟渠建设中过度使用、生态环境遭破坏,及水体自我净化能力降低等多方面问题的一条可行之路。本文阐述了农田排水沟生态化设计的特点、原则和方法,以湖北省荆门市谭店村示范区为例进行了含有生态型复式断面、鱼虾通道、阶梯式生物逃生通道,及生态净化吸附区等综合生态工法的农田排水沟生态化设计及效应研究,最后对排水标准进行校核,为其他灌区进行排水沟的生态化设计及升级改造提供参考。

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。

基于贝叶斯模式平均与区间二型模糊集的分区灌溉方法

为解决松嫩平原水稻灌溉水需求不断增长与地下水资源可持续利用之间的矛盾,实现节水控采目标,本文以松嫩平原北部和平灌区水稻种植区为例,通过2017-2019年降雨-地下水-产量动态监测试验,揭示灌域尺度地下水时空变化规律;采用聚类分析与空间叠加分析提出了基于地下水埋深的分区方法,确定研究区的地下水埋深分区界限;根据地下水埋深分区结果,采用贝叶斯模式平均(Bayesian Model Averaging,BMA)方法,融合AquaCrop、Jensen模型,进行平、枯水年各分区灌溉情景的产量模拟,提高了地下水埋深分区条件下的产量模拟精度。引入风险偏好因子刻画决策者的风险态度,基于区间二型模糊集(IT2FS)理论对各地下水埋深区域的灌溉制度进行综合评价,利用有序加权平均算子(Ordered Weighted Averaging,OWA)集结综合评价值,提出了不同地下水埋深区域水稻种植的优化灌溉制度。结果表明:研究区地下水埋深分区界限为1.5 m;采用BMA方法有利于提高地下水埋深分区条件下的产量模拟精度,与实测产量相关性系数超过0.95;分区灌溉模式下各区产量-灌水量响应规律存在差异,但与现行灌溉制度相比,分区灌溉能减少稻田灌水量15%~37.6%,减少地下水开采量12%以上。

基于系统动力学的稻田塘堰系统水转化模拟及验证

为了描述稻田塘堰系统水转化过程,以水量平衡原理为基础,建立稻田塘堰系统水转化系统动力学模型。利用漳河灌区三干渠中游区域尺度塘堰日水位观测资料对模型进行检验,模拟结果的复相关系数、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差分别为0.90、0.79和0.155 m/d。在浅水灌溉模式下,对研究区域内塘堰调蓄方式进行动态模拟,结果表明,塘堰在完全调蓄时可以保障作物充分灌溉,在部分调蓄与不调蓄时作物分别在第72天和45天发生水分胁迫,塘堰灌溉对保证作物正常生长天数具有显著效果。当塘堰完全调蓄时,在浅水灌溉、湿润灌溉及间歇灌溉模式下,塘堰最低蓄水量占最大蓄水量的比例分别为2.0%、18.9%和41.3%,塘堰的有效水利用率分别为84.7%、80.9%和67.7%。研究可为稻田塘堰系统合理利用雨水资源、灌溉管理提供理论依据。

南水北调中线工程运行的环境问题及风险分析

为使南水北调中线工程更为优质、合理地发挥作用并预防工程所带来的不利环境影响,分析讨论了中线工程水源地、总干渠以及因调水引起的汉江中下游的主要生态环境问题及潜在风险。工程水源地丹江口水库主要面临农业面源污染、重金属污染和库区消落带生态脆弱等环境问题。中线总干渠面临的主要环境问题包括藻类、贝类异常增殖和跨渠桥梁交通运输事故风险性污染,另外还存在地表水漫溢、地下水渗透和大气污染物沉降等带来的水质污染潜在风险。工程本身所引起的生态环境问题,是汉江流域中下游地区水量减少所导致的局部区域富营养化和水华。针对上述不同的环境问题,提出了应对策略和规避风险的建议。