水联网智慧灌区节水灌溉技术综合水效率评价研究

【目的】针对节水灌溉规模化推广遇到的问题,构建适应现阶段发展的综合水效率评价体系。【方法】结合文献调研、内涵分析、知识管理重构,从技术水平、经济社会、生态环保3个维度,提出了精量性、经济性、智能性、生态性、低碳性5个方面的节水灌溉综合水效率评价指标体系。精量性包括灌溉水有效利用系数、灌水均匀度和量水技术推广率;经济性包括增产率、投资回收年限和水费收缴率;智能性包括运行管理便利、土壤墒情监测率和水源风险适应性;生态性包括植被覆盖、土壤盐碱化改善和地表水及地下水改善程度;低碳性包括节能和省地。【结果】用层次分析法评价了甘肃、宁夏、青海3省(区)万亩级水联网节水灌溉示范区综合水效率,青海光伏提水节灌示范区因光伏提水效能提升、灌溉均匀度提高和实现远程控制无人值守,综合水效率提升了32.8%;甘肃自流精量节灌示范区因实施测控一体化闸门全渠系智能调度,提升了灌水可控性、计量可靠性和水费缴纳率,降低能耗、节省劳力,综合水效率提升了26.6%;宁夏扬黄挖潜节灌示范区因改进了泵站机组流量匹配、延长了水联网链路,提升了供水能力、节水能力和灌溉保证率,综合水效率提升了27.5%。【结论】灌区现代化发展要建立从源头到田间全过程的综合效能评价体系,提升灌区数字化监测、智能化控制、精准化调度水平是提升灌区综合水效率的主导因素。

干旱区凝结水评估及对水量平衡方程影响

凝结水是大气中水汽通过凝结作用向地表输送的水分,在水量平衡计算中常被忽略。本文利用西北干旱区黑河水文气象观测网9个站点2016年涡度相关观测数据,计算评估了相应站点范围的凝结水发生情况、凝结水量量级以及相应的能量闭合度情况。结果表明,黑河流域凝结水现象普遍发生,各站点产生凝结水的天数占全年天数75%以上;各站点年凝结水量最大25.13 mm、最小6.56 mm、平均15.47 mm;各站点总凝结水量与总蒸散发量相比,最大28.82%、最小0.77%、平均6.61%;与总降水量相比,最大63.25%、最小3.02%、平均18.54%;各站点能量闭合度平均为0.69,本文估算的凝结水量或低于实际凝结水量。可以认为,凝结水在干旱区水量平衡中不容忽视。基于此,本文提出在干旱区水量平衡方程中,宜显式表达凝结水过程和凝结水项。引入凝结水的水量平衡分析表明,新水量平衡方程在纳入凝结水这一局地水循环因子后,水量平衡方程闭合度明显提高。

典型节水灌溉技术综合性能评价研究

【目的】通过典型节水灌溉技术宏观尺度综合量化评价,揭示灌溉技术未来发展趋势。【方法】采用文献调研与知识管理重构的方法分析了典型节水灌溉技术特点,提出以适应性和经济性作为节水灌溉技术综合性能评价指标。其中适应性包括对作物类型、地形、水源水质、水源水量、土壤渗透性、土壤盐碱度、气候的适应程度以及管理难易等8项指标,经济性包括田间水利用率、灌溉均匀度、增产率、投资、节地率、节水程度等6项指标。通过评估各指标适宜范围构造赋值标准,运用德尔菲调查法和变异系数法构造赋值权重,计算得到各灌溉方式各大类得分,最终通过不满意度综合评价法计算得到不满意度作为综合得分。【结果】微灌综合性能最好,滴灌和微喷灌的不满意度分别为2.42、2.77;其次为喷灌、节水型畦灌、波涌灌以及节水型沟灌;小畦灌表现最差为5.14;各灌溉方式的经济性和适应性得分之间具有较强的竞争性;各灌溉方式的发展历程表明,未来的灌水方式将向适应性和经济性方面双优方向发展。【结论】在宏观尺度上,灌溉技术一直朝着适应性和经济性双好的方向发展,提高器械灌溉的适应性和提高非器械灌溉的经济性,是未来节水灌溉技术的发展方向。

基于多源数据融合的海河流域降水资源评价

为更准确地评价海河流域降水资源量及其空间分布,将海河流域划分为山区迎风坡、山区背风坡和平原区3个片区,采用人工神经网络叠加一致性修正分片区进行多源数据融合校正,生成海河流域2001—2019年降水融合数据集,并利用该融合数据集对流域降水资源进行全面评价。结果表明:从降水数量来看,原始卫星产品在海河流域高估降水,融合校正数据集精度较原始卫星降水数据有较大提升,得到海河流域2001—2019年的年均降水量为515.2 mm,合降水资源量1639.4亿m 3;从降水分布来看,融合校正数据集能更好地捕捉降水空间分布,揭示流域东北、东南、西南和中部偏西降水较多,西北部和中部偏东降水较少;从降水规律来看,海河流域平原区降水与空间位置参数存在很明显的联系,流域山区迎风坡和背风坡降水均与高程变化具有明显的关系。

柴达木盆地多元信息融合遥感蒸散发估算

蒸散发是水循环中水量、能量平衡的关键过程。REDRAW模型对典型遥感蒸散发模型SEBAL干湿限选取方式进行改进,使用理论计算法估算干湿限地表温度以降低空间歧义性。为检验这两个模型在柴达木地区的适用性,以及气象校正对于蒸散发的敏感性,文中使用ERA5再分析数据、地表站点观测融合作为气象输入,采用REDRAW和SEBAL两种单源遥感蒸散发模型反演柴达木盆地2001-2020年1km×1km分辨率逐月蒸散发,由此求得多年平均蒸散发并水量平衡闭合验证。结果表明:REDRAW模型估算的柴达木盆地年均蒸散发为178.5mm,水量平衡闭合度为89.2%,较SEBAL模型能更好地描述该区域蒸散发特征;基于随机森林模型的气象校正算法可以纠正ERA5再分析数据的系统性偏差,能一定程度上消除缺乏气象站点观测引起的蒸散发估算误差。

近53 a黑河流域水文气象要素时空演变特征

基于黑河流域及周边17个气象站点和2个水文站点近50 a的观测资料,采用Pettitt、Mann-Kendall(MK)、Yamamoto和累积距平曲线等多种方法,探讨黑河流域水文气象要素时空演变规律。结果表明:黑河流域各气象要素的空间分布随地势变化明显,平均气温、最低气温、最高气温、日照时数和平均风速由南至北呈逐渐增加趋势,降水和平均相对湿度则呈逐渐减少趋势;黑河流域降水、平均气温、最高气温、最低气温和莺落峡径流量呈显著上升趋势,平均风速和日照时数呈显著下降趋势,正义峡径流量下降趋势并不显著,平均相对湿度则没有检测到明显的变化趋势;平均气温、最高气温和最低气温的突变点集中在20世纪90年代,降水和莺落峡径流量交互验证,确定二者的突变点均为2004年。结合多种变点检测方法共同分析,可有效提高结果的可信度和确定性。

西北典型节水灌溉技术综合性能的层次分析与模糊综合评价

中国西北地区幅员辽阔但水资源短缺,生态环境脆弱,节水灌溉发展迅速。合理评价节水灌溉技术的综合性能对其可持续发展十分必要。该文综合考虑西北地区生态环境脆弱性、经济发展水平、气候地理特性、灌溉发展趋势和劳动力成本等因素,提出节水灌溉技术在西北干旱半干旱地区的综合性能的评价指标体系,以生态性、经济性、适应性、精量性和智能性为准则层,共23个评价指标,通过层次分析法和模糊综合评价法确定评价指标的权重和等级阈值,并对滴灌、喷灌和小畦灌3种典型节水灌溉技术的综合性能进行了评价。结果表明:节水灌溉技术综合性能的优先序为经济性、适应性、生态性、智能性、精量性,各准则层权重最大的指标分别为亩均工程投资、水量适应性、地下水超采抑制程度、省工率和灌溉水利用系数;滴灌、喷灌和小畦灌在西北地区的综合性能评级分别为优异、一般、一般。该评价方法和结果可为当地节水灌溉技术的合理评价与选择应用提供参考。