面向绿洲安全和干旱区可持续发展的农业节水潜力研究

为确保用水总量控制下绿洲安全及干旱区可持续发展目标的实现,以新疆开孔河流域为例,提出基于用水总量控制指标、地下水安全等约束条件的干旱区灌溉节水潜力计算新方法。结果表明:1)开孔河流域现状年(2020年)地下水开采量为12.97亿m^(3),灌溉用水总量为34.85亿m^(3);传统节水模式下,流域中期规划年(2030年)节水潜力为0.74亿m^(3),远期规划年(2050年)节水潜力为5.02亿m^(3)。2)在节水潜力新内涵下,开孔河流域中期规划年没有节水潜力,且需要休耕18667 hm^(2),远期规划年节水潜力为1.77亿m^(3)。3)为防止干旱区次生盐渍化,实现水资源短缺的干旱区可持续发展,在节水后应控制绿洲地下水位在3.5~4.0 m之间。对于水土不均衡的干旱区灌区而言,传统节水思路对绿洲安全的重视程度不够,对节水潜力评价过高。

新疆尉犁县绿洲区微咸水水化学特征及可利用潜力分析

为探明新疆尉犁县绿洲区微咸水水化学特征、成因及可利用潜力,促进非常规水资源利用与水资源优化配置,综合采用Piper三线图、描述性统计分析、Gibbs图、离子比值法、水均衡法等对研究区地下水进行分析计算。结果表明:研究区微咸水水化学类型主要为SO_(4)·Cl-Na、SO_(4)·Cl-Na·Ca、SO_(4)·Cl-Na·Mg型,蒸发浓缩作用是微咸水形成的主要因素,其次是岩石风化作用;微咸水分布面积3851.35 km^(2),占研究区总面积的56.18%,可利用量为19237万m^(3)/a,开利用潜力较大。

干旱区受损植被生态恢复需水量——以新疆哈巴河县平原区为例

[目的]分析干旱区受损植被恢复过程中生态需水量,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。[方法]基于1990,2000,2010,2015,2020年Landsat系列影像,采用遥感技术,结合改进的彭曼公式法,对新疆哈巴河县平原区植被耗水量时空演变特征及生态恢复需水量进行了定量研究。[结果]①1990—2020年天然植被平均耗水量为7.55×10^(8)m^(3),以3.60×10^(7)m^(3)/5 a的速率减小,与之对应的是天然植被面积以17.36 km 2/a的速率减小,植被覆盖度从高植被覆盖度向中植被覆盖度转化,生态受损严重。②区域内植被耗水量时空分布均存在较大差异:空间上高值主要分布于哈巴河流域,别列则克河流域植被耗水量整体偏低;时间上年际变化以2000年植被耗水量为最高,年内植被耗水量则主要集中在生长中期。③绿洲区生态恢复需水量如下:维持现状(2020年)生态需水量为4.62×10^(8)m^(3),恢复到1990—2020年生态平均水平生态需水量为6.65×10^(8)m^(3),达到1990—2020年生态最佳水平(2000年)生态需水量为9.55×10^(8)m^(3)。[结论]在人为与自然二元作用下,灌区1990—2020年生态环境整体呈现退化趋势,生态耗水空间分配失衡,受损植被生态恢复需水量时空配置应根据耗水时空分布进行优化完善。

新疆焉耆盆地农田耗水有效性评价

西北干旱地区受监测资料匮乏等因素,难以实现区域尺度的水资源消耗效用评价。使用MODIS遥感数据驱动混合双源梯形蒸散发模型(HTEM),对焉耆盆地陆面蒸散发的时空过程进行了连续模拟,并对灌区耗水量进行有效性评价。结果表明:(1)2013—2020年焉耆盆地灌区多年平均蒸散发为624.4 mm,其中作物生育期4—10月蒸散发占全年的89.6%。(2)焉耆盆地灌区植被蒸腾与土壤蒸发多年平均分别为508.9 mm和115.5 mm,各占总蒸散发的81.5%和18.5%。(3)焉耆盆地灌区多年平均蒸散发耗水量13.82×10^(8)m^(3),其中高效、中效和低效耗水分别占总耗水量的81.5%、5.6%和12.9%,且耗水有效性与植被覆盖度密切相关。在区域尺度以时空连续的方式揭示了焉耆盆地灌区蒸散发水分消耗的有效性,可为干旱区水资源管控提供可靠的理论依据。

塔里木河下游输水模式改进研究——以英苏断面为例

[目的]针对塔里木河下游现状间歇性河道输水中存在补给不均衡,无效蒸发过大,补水范围有限等问题,从空间和时间维度上提出生育期汊河输水、非生育期输水的方式,研究输水模式的改进对地下水位的影响,进一步完善轮渗灌溉生态修复体系,为塔里木河下游生态恢复提供理论依据。[方法]以塔里木河下游英苏监测断面为例,以2012—2021年10次生态输水期间地下水埋深监测资料为依据,运用Modflow模型建立英苏断面地下水剖面二维流运动的数值模拟,并分析英苏断面10次间歇性生态输水的响应过程,并预测和分析了生育期汊河、非生育期以及非生育期汊河输水的地下水位演变及水量变化的过程。[结果](1)生育期汊河、非生育期、非生育期汊河方案下人工汊河两侧地下水位较现状输水分别抬升了2.5,0.7,3.2 m。(2)3种改进方案较现状输水研究区小于8 m的埋深面积分别增加了10.89%,19.33%,26.17%。(3)地下水存储量较现状输水分别增加了10.97%,11.88%,14.39%。[结论]非生育期汊河输水结合了生育期汊河和非生育期输水两者的优势,提高了下泄水量的利用率,解决了现状主河道输水模式下河间地下水位难以恢复的问题,为河间地块生态系统的恢复并使其成为下游生物多样性的安全带创造了条件。

塔里木河干流中游典型生态闸补水效应研究

为探究塔里木河流域内生态闸补水效应,运用MODFLOW建立乌斯满断面地下水剖面二维流运动的数值模拟,拟合了区域内4年的地下水流场演变过程,并在此基础上针对有无生态闸输水的两种方案进行了预测与对比。结果表明,两种预测方案下的第5年,使用生态闸输水的方案较单一的主河道输水,研究区小于8 m的埋深面积增加6.62%;生态闸集中恢复了远离主河道生态区域的地下水位,断面北侧的地下水位平均抬升了2~3 m;使用生态闸的方案相比单一的主河道输水,每立方米地下水存储量的增量所消耗的潜水蒸发量减少了24.6%。生态闸解决了传统输水模式下远离主河道生态区域地下水位难以恢复的问题,为中游多处汊口形成的河网地块生态系统的恢复及干流沿线生物多样性的安全带创造了条件。

干旱半干旱区“三生融合”视角下水平衡策略研究——以新疆哈巴河县为例

以新疆阿勒泰地区典型区域哈巴河县为研究对象,对区域的水问题现状进行分析,开展“生产—生活—生态”三生空间功能融合(即“三生融合”)的区域协调发展研究,重点探讨哈巴河县实现生态环境和经济社会良性协调发展的水平衡调控策略,将水资源与绿色产业发展、生态小城镇景城一体建设、居民生活品质综合提升等有机融合,以促进水与城镇、农业、生态、文明和谐发展,形成人与自然和谐共生的生态文明格局。研究对新疆干旱半干旱区域水平衡发展具有重要的借鉴意义。

膜下咸水滴灌水肥盐调控对棉花生长及产量的影响

【目的】研究膜下咸水滴灌条件下利用咸水资源高效的水肥盐综合管理模式。【方法】设置不同淡咸水混合比例和施氮量,观测不同生育期棉花生长指标,通过最终产量分析水氮利用效率,分析适宜的淡咸水混合比例和施氮量。【结果】棉花各项生长指标和产量受灌溉水矿化度和施氮量影响显著(P<0.05);随着灌溉水矿化度的增加,棉花各生长指标和籽棉产量显著降低(P<0.01),而增施氮肥能显著提高棉花各生长指标和籽棉产量(P<0.05)。将淡水与咸水混合灌溉,灌溉淡水利用效率显著提高(P<0.01);增施氮肥可以显著提高灌溉淡水利用效率(P<0.01)和水分利用效率(P<0.05),而偏肥生产力降低(P<0.01);再利用咸水与淡水混合灌溉时,除需控制混合灌溉水矿化度外,在增施氮肥提高产量的同时还需控制施氮量保证氮肥利用效率。【结论】淡咸比例4∶1灌溉合理的增施氮肥在减少20%淡水使用的情况下,产量(6829.80 kg/hm^(2))和水分利用效率(0.97 kg/m^(3))达到了对照处理水平。

干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移与调控

膜下滴灌节水技术在新疆已推广应用了160多万hm2且面积仍在持续增加。为研究干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移特征,该文通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌试验,结果表明,在单次滴灌后,剖面土壤内的盐分产生了定向重分布,形成脱盐区、稳定区与积盐区,具有调控田间尺度土壤盐分的作用。脱盐区的面积要大于积盐区。在0～40cm的深度内,双管对表层盐分重分布的作用大于单管;在0～80cm深度,双管对剖面盐分重分布的作用弱于单管。在棉田的整个生育期内,剖面土壤的盐分则受灌水周期的影响,呈上下振荡、振幅缩小且总体脱盐的变化趋势,形成了一种对作物生长有利的局部环境。膜下滴灌不仅是一种滴灌和覆膜相结合的节水技术,而且通过对其控制性精准灌溉的灵活应用,可达到生育期控盐与非生育期排盐的结合,从而为在干旱区实现节水控盐的目标提供技术保障。

干旱区不同地下水埋深膜下滴灌灌溉制度模拟研究

通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌棉花灌溉制度试验，得出了适合当地的常规滴灌制度。为进一步研究浅层地下水对灌溉的补偿效应，利用Hydrus软件对不同地下水埋深下膜下滴灌棉花生育期耗水量进行了模拟。通过引入关键点土壤含水率的概念，提出了膜下滴灌棉花受水分胁迫的标准。结果表明：地下水对棉花的耗水具有一定的补偿作用，地下水埋深越浅，则所需的灌溉定额越小。当地下水埋深小于1．5m时，滴灌定额为3300m^3·hm^-2；当地下水埋深为2．0m时，滴灌定额为4500m^3·hm^-2；当地下水埋深很大而对作物根区没有补给时，棉花完全依赖于灌溉所需的滴灌定额则为5550m^3·hm^-2。考虑到干旱区内具有较高的潜在蒸发势，会导致土壤的次生盐渍化，从而危及作物的生长，1．5～3．0m的地下水埋深是灌区内较理想的水位区间。

塔里木河下游第五次应急输水后地下水恢复量的计算

依据塔里木河下游应急输水前与第五次第一阶段输水后地下水的监测资料,分析了输水前后地下水位的响应特征:地下水位在应急输水前持续下降,呈近似水平状态;输水后则由于接受了河道渗漏的补给,地下水位表现出逐次回升的趋势且受输水的影响,宽度(距离河道)也随之加大。在此基础上,逐断面拟合了第五(I)次输水后地下水位与离河距离的二次多项式方程,同时运用地下水水均衡的原理,推导了计算地下水净恢复量的数学公式,并以此为工具对第五(I)次输水后地下水的净恢复量进行了计算。

塔里木河下游生态输水后胡杨林恢复效应与预测研究

塔里木河下游大西海子水库以下河道,自2000年5月至2004年10月,共进行了六次间歇性的生态输水。本文通过对胡杨样枝生长量的分析,表明输水对胡杨林的恢复具有显著的作用;同时依据历史期间的生态水量与胡杨林的对应关系,预测了在现状输水条件下大西海子水库以下可以恢复的胡杨林面积。

塔里木河下游应急输水典型断面地下水流模拟分析

依据塔里木河下游英苏监测断面第一次输水前与第五次输水后地表水与地下水的监测资料,利用Mod flow和PMPATH建立了该断面地下水剖面二维流运动的数值模型,分析了输水后地下水位的变化趋势及恢复水量,结果表明:线状输水在英苏断面的影响区域在距河2km以内,距河1km内则是显著影响区域。

间歇输水河道两侧一维地下水非稳定流运动研究--以塔里木河下游为例

依据布西涅斯克方程,分析了河道间歇输水时,在有、无源汇项条件下的地下水一维非稳定流解析模型。在此基础上,利用塔里木河下游在间歇输水条件下的观测井资料对模型进行了检验,计算结果表明模型的计算精度较高,可应用于间歇输水河道两岸地下水运动的计算与模拟,或利用已有监测井的资料,对河道两岸含水层中的水文地质参数进行反演,从而达到反求参数的目的。

绿洲灌区春灌效应及定额研究

春灌是干旱绿洲灌区内一种常规的水盐管理措施,具有储水降盐等多种作用。实际生产中采用的定额常较大,造成了水资源的过度利用,采用合适的定额成为必然选择。通过在新疆库尔勒灌溉试验站开展的不同春灌定额的试验,得出了不同春灌定额适合于不同土壤盐渍化程度。1350 m^3/ha的定额适合于轻度盐渍化土壤,灌溉水量的87.3%可保持在1.0 m的深度内,表层盐分可被淋洗至10-50 cm;1800 m^3/ha的定额适合于中度盐渍化土壤,灌水量的53.7%将渗漏至1.0 m以下,可将表层盐分淋洗至30-60 cm;2250 m^3/ha的定额适合于重度盐渍化土壤,灌水量的48.9%可将表层盐分淋洗至40-80 cm。同时,这三种定额均会对表层30 cm土层的硝态氮产生较强的淋洗作用,定额越大,下移的深度也越大,从而造成氮素的流失。从保持土壤肥力的角度看,对于非盐渍化或轻度盐渍化的土壤,可以考虑采用替代常规春灌的一些新方法,如干播湿出、滴水春灌等近年来兴起的播种方式,是常规春灌定额的50%左右,作物出苗率较常规春灌并未降低甚至还有所提高,有利于绿洲地下水环境的改善,同时也将更新对春灌作用的传统认识与观念。

内陆干旱灌区地下水位调控研究

主要对内陆干旱区作物对地下水与土壤水的利用特征进行了分析。干旱区内地表水、地下水与土壤水的联合调度,是实现干旱区内水资源合理开发利用与抗旱、治盐、改良土壤及生态保护等多目标综合治理的有效途径。"三水"的联合调用须以地下水埋深动态调控标准为依据,以井灌井排工程为主要手段,形成地表水为补给水源、潜水含水层为调节水库的利用模式,达到水资源优化、盐碱地治理与生态维护等综合目标的实现。

干旱区竖井灌排下盐分运移对地下水质的影响——以新疆哈密盆地为例

利用MODFLOW和MT3DMS软件对竖井灌排下的地下水量与水质变化趋势进行了模拟。计算结果表明,尽管这一工程措施在一定时期内可起到控制地下水位与降低表层土壤盐分作用,但从长远来看,由于水平排水的缺失,盐分从土壤表层下移到了中下层而并未被彻底地排出灌区,仍会在包气带某一层位或地下水中富集。一旦灌区的外部条件发生变化,盐分上移则会使土壤盐碱化,下移则使地下水质恶化。因此,对于竖井灌排区来说,有必要建立一套相应的监测系统,实时调控地下水开采量与水位,寻求一个即可使耕作层盐分控制在一定范围内,地下水咸化速率不致过快,同时又保持一定径流排盐作用的平衡区域,可能是今后面临的一种选择,从而将水盐自然运移规律改变后引发的生态与环境危害限制在可控范围。

内陆干旱区竖井灌排下土壤盐分的运移特征--以哈密盆地为例

通过对新疆哈密盆地内地下水流运动特征的分析,论述了采用竖井灌排措施前后土壤剖面盐分的不同运移方式及由此可能产生的生态与环境问题。在竖井灌排下,土壤水盐以向下运移为主,土壤处于脱盐状态。这与自然状态下的水盐向上运移是截然相对的;文中还指出了竖井灌排区应加强对地下水资源量的研究,避免地下水的过度超采,保证井灌井排灌区的可持续发展。

凹腔对固体超燃冲压发动机燃烧性能影响研究

为提高固体超燃冲压发动机燃烧性能,获得凹腔对固体超燃冲压发动机燃烧性能影响规律,开展了地面直连试验和数值模拟研究。利用数值模拟分析了凹腔位置和数量对燃烧室流动与富燃燃气掺混燃烧作用效果。研究表明:(1)马赫数沿燃烧室流向均呈现下降-波动-上升的变化特点,相比于无/单凹腔构型中的近壁面燃烧,双凹腔构型实现流道中心燃烧。(2)富燃燃气中可燃气体与凝相颗粒因穿透深度不同导致两者分区燃烧,气相燃烧速度和燃烧效率均远高于凝相颗粒,不同质量的颗粒运动轨迹存在差异,但该差异随颗粒燃烧而逐渐减小。(3)凹腔通过产生低速区促进富燃燃气掺混燃烧,促进效果取决于凹腔与燃气喷口间的距离。(4)凹腔对固体超燃冲压发动机燃烧性能具有明显影响,发动机无凹腔时燃烧效率仅0.48,总压损失达0.67,采用双凹腔时燃烧效率达0.98,总压损失为0.58。综上所述,采用双凹腔构型的燃烧室更有利于提高固体超燃冲压发动机燃烧性能。

北疆供水工程白砂岩地基的渗透性研究

北疆供水工程的地基土层以含局部泥岩夹层的白砂岩地基为主,其水力特性关乎工程病害的形成与发育。以倒虹吸段白砂岩地基土为研究对象,分别取白砂岩和夹层泥岩土样,通过室内试验确定其渗透系数;并通过现场原位竖管试验测定白砂岩地基垂向与水平渗透系数对比。结果显示,室内试验确定的白砂岩与泥岩的工程分类分别为粉土质沙和低液限黏土,渗透系数分别为1.04×10^(-5)和5.87×10^(-7)m/s;现场竖管试验测定的白砂岩地基垂向渗透系数为5.40×10^(-7)m/s,水平为1.45×10^(-5)m/s,水平渗透系数是垂向的26.85倍;白砂岩地基垂向渗透系数取决于泥岩夹层,水平方向取决于白砂岩主层;白砂岩地基垂向渗透系数在数值上与泥岩十分接近,水平方向略大于白砂岩。白砂岩、泥岩中过高的细颗粒含量和较高的密实度使得白砂岩地基整体具有较差的渗透性,白砂岩地基沉积层的各向异性导致其不同方向渗透系数差异悬殊。