基于Sentinel-2的青铜峡灌区水稻和玉米种植分布早期识别

及时准确地掌握灌区内作物种植分布对于灌溉水资源高效配置、农田精准管理具有重要指导意义。以宁夏青铜峡灌区为研究对象,利用多时相Sentinel-2卫星数据,通过水稻和玉米早期特征分析,提取关键的“水淹”信号和“植被”信号,构建时序归一化差异水体指数(MNDWI)和归一化植被指数(NDVI)特征值数据集,并通过样本分析关键特征阈值,构建水稻和玉米早期种植分布决策树模型,提取2022年宁夏青铜峡灌区水稻和玉米种植的空间分布。结果表明(:1)玉米和水稻苗期的后半段5月15—31日,水淹信号和植被信号是区分二者关键时期。(2)基于早期作物物候特征的方法,在5月16—31日获取的水稻和玉米图像制图精度高于90%,用户精度超过91%,总体精度超过90%,Kappa系数高于0.88,明显高于同时期随机森林方法的分类精度。(3)本研究提出的方法在早期水稻和玉米种植分布提取方面具有较强的适用性,并且能够在时空尺度上以较少的实地样本进行延展,同时在时间上也更有优势。因此,该方法为青铜峡灌区水稻和玉米种植分布早期调查提供了重要的方法支撑。

基于Landsat8时间序列的宁夏青铜峡市农田防护林提取

农田防护林在西北多风沙地区发挥了重要防护作用,为农作物提供了良好的生长环境。为了解农田防护林的空间分布特征,需要对防护林进行有效提取,采用中低分辨率遥感数据进行农田防护林提取成为重要途径。以宁夏青铜峡市农田防护林为研究对象,在2019年影像中选取7期可以代表4个季度地物特征的Landsat8 OLI影像数据,在影像预处理基础上,融入水体指数、植被特征和植被指数,提取植被的物候特征,掩膜去除研究区内其他地物,从而实现农田防护林的提取。同时利用野外调查结果和土地利用数据对提取结果进行精度评价。结果表明,该方法防护林提取的总体精度为85.16%,野外调查的50个采样点中有44个点被准确提取,精度达到88.00%。青铜峡市农田防护林多以林带的形式呈现,林带主要沿排水沟分布。

宁夏青铜峡四眼井遗址调查简报

2017年,宁夏文物考古研究所在贺兰山东麓古代文化遗存考古调查中对青铜峡四眼井遗址进行了全面调查,在调查中发现的大量残存遗物,尤其是出土的仿木结构形砖,在西夏遗址中属于首次发现,这对于研究西夏时期的建筑结构提供了极为重要的实物资料。同时,结合周围塔基遗存,也证明了该处遗址在西夏时期应是极为重要的一座寺院,级别相对较高,属于西夏时期的皇家寺院。

青铜峡灌区标准化规范化管理建设研究

灌区标准化规范化管理是全面提升灌区管理水平,保障大中型灌区工程安全运行和持续发挥效益,服务乡村振兴战略和经济社会发展的重要手段。文中对宁夏青铜峡灌区标准化规范化管理的实践经验进行深入研究和总结,探讨其在优化组织管理、提升安全管理水平、加强工程管理、精细供用水管理、升级信息化管理、规范经济管理等方面的成效和启示,以期为灌区现代化建设提供有益借鉴,促进灌区水利事业的可持续发展。

青铜峡灌区地下水电导率时间稳定性及变化特征分析

土壤盐渍化是制约青铜峡灌区社会经济发展的主要因素之一。通过青铜峡灌区地下水电导率的时间稳定性及变化特征分析,快速有效地预测地下水电导率变化,对指导灌区农业生产具有重要意义。基于青铜峡灌区36眼监测井在19个时间点的监测资料,利用相对差分法和Spearman秩相关系数法分析地下水电导率的时间稳定性特征,为降低土壤盐渍化风险提供参考。分析结果表明:青铜峡灌区地下水多为微含盐水和中含盐水,地下水电导率均为中等变异,变异系数区间为62%~67%。在整个监测周期内,地下水电导率均未出现明显的增大趋势,表明该区地下水水质较为稳定。电导率值越大其变化也越大。地下水电导率呈现出明显的时空稳定性,其代表性位置点为27^(#)监测井。该区地下水平均电导率与27^(#)监测井所预测的地下水电导率的残差平方和仅为0.008,基本代表了该区地下水电导率的变化规律,通过该点可快速有效地预测该区地下水电导率的变化,进而为降低土壤盐渍化风险提供科学依据。

宁夏青铜峡河东灌区渠道高低口技术探讨

在渠道灌溉供水中,存在着高口淌水难问题。本文以宁夏青铜峡河东灌区秦渠上游高口淌水难问题为切入点,通过在秦渠上实施2#口、4#口高低口改造项目,采取直开口+扬水的灌溉方式,解决了高口淌水难问题,并分析项目建成后取得的社会、经济效益,提倡在灌区积极推广高低口灌溉技术。

BIM技术在灌区现代化改造中的应用研究

青铜峡灌区是宁夏引黄灌区中规模最大的灌区,现状有效灌溉面积33.7万hm^(2),是我国第6大灌区。介绍了BIM(Building Information Modeling)技术的发展历史以及在水利行业的应用现状,分析了BIM技术的优势及存在的问题。以青铜峡灌区“十四五”续建配套与现代化改造为应用实例,介绍了BIM技术在青铜峡灌区渠道大场景展示、工程量统计、图纸生成、多专业协同设计等方面的应用,研究了BIM技术在灌区现代化改造中指导施工及模型展示汇报的具体方法、多专业协同的注意事项、全生命周期管理的具体应用方式等内容,可为灌区改造项目提供参考。

基于阈值特征-机器学习的青铜峡灌区多年种植结构识别

【目的】基于阈值特征-随机森林算法对青铜峡灌区多年种植结构进行识别。【方法】以青铜峡灌区为研究对象,在实地调研和目视解译的基础上,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine)平台,采用阈值特征-随机森林方法识别2013—2020年青铜峡灌区主要粮食作物(春小麦、春玉米、水稻)的种植结构。【结果】阈值特征-随机森林算法能够用于干旱灌区多年种植结构识别,总体分类精度为0.88,Kappa系数为0.76。春小麦、春玉米、水稻的遥感提取面积与统计种植面积之间的线性拟合决定系数(R2)分别为0.80、0.93和0.86;2013—2020年作物种植面积由大到小分别为春玉米>水稻>春小麦,春玉米种植面积呈持续上升趋势,春小麦种植面积呈先升高后下降的变化趋势,水稻种植面积呈下降趋势;春玉米主要集中在灌区的北部和南部,种植区域呈南移趋势;春小麦主要集中在灌区的中部和南部,水稻主要集中在灌区中部地区,种植区域呈向北迁移的趋势。【结论】阈值特征-随机森林算法能够较好地适用于干旱灌区多年种植结构的识别,为长时间序列种植结构识别提供了新方法和思路。

宁夏青铜峡灌区冬灌对冻融期土壤水热盐分布及作物生长影响

[目的]研究冬灌和冻融条件下土壤水热盐的再分布规律及其对作物生长的影响,为防治土壤盐渍化和保障粮食安全提供科学依据。[方法]基于宁夏青铜峡灌区2018年10月25日至2020年10月3日试验田实测气象、土壤理化指标和作物生长数据,采用统计分析及可视化方法对冬灌与非冬灌区农田水热盐的运移规律及作物生长情况进行对比分析。[结果]青铜峡灌区土壤温度变化滞后于气温变化,土壤浅表层温度受气温变化影响更显著。土壤从表面开始逐渐向下冻结,冻结深度随着气温的降低不断加深,消融期土壤冻结层从表层和底部同时进行消融,整个土壤冻融期共历时98 d。农田灌溉后含水率显著增高,冻结期灌溉降低各土层土壤温度0.1~1.1℃。冬灌农田不同深度土层土壤温度变化趋势和含水率变化特征与非冬灌区农田基本一致。冬灌后各土层盐分含量均下降,其中0—30 cm土层土壤盐分显著下降,但冻融期后冬灌农田土壤出现返盐现象。冬灌农田相较于非冬灌农田,小麦植株较高,玉米生长发育速度较快,小麦增产20.64%,玉米增产4.20%。[结论]青铜峡灌区冬灌明显改变了土壤水热盐的分布规律,可以有效降低土壤盐分,促进作物生长和增产,特别是明显提高小麦产量。

青铜峡灌区排水沟—地下水水化学特征及转换关系分析

【目的】分析青铜峡灌区浅层地下水与排水沟的水化学和同位素特征,揭示地表水与地下水之间的转换。【方法】综合运用数理统计、Gibbs模型、Piper图、Schoeller图、阳离子交替吸附作用图等方法,系统分析排水沟水及周围浅层地下水的水化学特征,探讨排水沟与周围浅层地下水的转化关系。【结果】排水沟水总体呈弱碱性或碱性,TDS在休灌期大于灌期;浅层地下水TDS在休灌期和灌期差别不大,但都明显大于排水沟。排水沟和浅层地下水阳离子:Na+>Ca^(2+)>Mg^(2+)>K+,阴离子:Cl->SO_(4)2->HCO_(3)-。排水沟附近的浅层地下水离子浓度垂向上的差异大于水平方向上的差异。排水沟和浅层地下水的δ^(18)O和δD在灌期和休灌期差异都不明显,30 m深度浅层地下水同位素贫化明显。【结论】排水沟与浅层地下水的水化学组分受蒸发浓缩和岩石风化作用的控制,同时受混合作用和离子交换作用影响,浅层地下水比排水沟受离子交换作用更加显著。灌区南部浅层地下水更靠近岩石风化控制区,中部和北部样点更靠近蒸发浓缩控制区。灌区内排水沟排泄地下水和补给地下水两种模式同时存在,排水沟主要排泄灌溉退水,灌溉退水比例平均值达到81.54%,而部分排水沟不仅没有能够排水,还成为附近浅层地下水的重要补给来源,补给比例最高达到84.62%。

基于系统动力学的青铜峡灌区农业用水效率调控研究

【目的】提出青铜峡灌区合理有效的节水政策。【方法】基于作物蒸发蒸腾量,计算青铜峡灌区主要粮食作物的蓝水足迹、绿水足迹,建立青铜峡灌区农业用水效率系统动力学模型,研究青铜峡灌区内的农业用水效率,对其水资源利用效率的可变影响因素进行调控。【结果】青铜峡灌区的农业种植需水来源主要是灌溉水,形成了以蓝水为主、绿水为辅的生产用水格局,同时当作物需水量被满足时,蓝水足迹和绿水足迹表现出相反的变化趋势;在保证青铜峡灌区内粮食作物蓝水用水量不变的前提下,选取绿水利用系数和灌溉水利用系数为主要参数对模型进行仿真模拟,当绿水利用系数从0.7增加为0.8时,2020年小麦产量增加了0.27万t,水稻产量增加了0.2万t,玉米产量增加了0.55万t;当灌溉水利用效率增加10%时,2020年小麦产量增加了0.47万t,水稻产量增加0.35万t,玉米产量增加0.77万t;当绿水利用系数和灌溉水利用系数同时增加时,2020年小麦产量增加0.75万t,水稻产量增加0.55万t,玉米产量增加1.32万t。【结论】青铜峡灌区农业种植用水应增加对绿水的利用率,通过各种工程或非工程措施提高灌区内的农业用水效率。

基于指示克里格的青铜峡灌区土壤盐渍化风险与潜水埋深和矿化度关系研究

为探究青铜峡灌区土壤盐渍化风险及其与潜水位埋深和矿化度关系,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,研究了2018、2019两年4月份春灌前0~20、20~40和40~60 cm深度土壤全盐量,潜水位埋深、潜水矿化度空间变异性,并分析满足一定阈值条件的概率分布图及其相互关系。结果表明:(1)青铜峡灌区土壤全盐量、潜水位埋深、潜水矿化度的变异系数均大于1,都属于强变异;频率分布呈现明显的“高顶”现象。(2)青铜峡灌区不同深度不同阈值土壤全盐量的指示半方差函数符合球状模型、指数模型、高斯模型等不同类型。潜水位埋深的指示半方差函数符合指数模型。潜水矿化度阈值为1.0和2.0 g/L时指示半方差函数符合指数模型,阈值为2.5和3.0 g/L时指示半方差函数符合高斯模型。不同阈值条件下的土壤全盐量和潜水位埋深呈中等~较强的空间自相关,潜水矿化度表现出较强的空间自相关。(3)青铜峡灌区0~20 cm深度土壤发生轻度、中度、重度盐化和盐土化的高概率区占灌区总面积的92.38%、73.71%、51.83%、24.61%;20~40 cm深度比例为92.15%、50.21%、6.87%、0.53%;40~60 cm深度比例为89.16%、43.06%、6.09%、0.46%。潜水位阈值为1.5、2.0、2.5、3.0 m时高概率区占灌区总面积的13.42%、30.25%、41.87%、65.18%。潜水矿化度阈值为1.0、2.0、2.5、3.0 g/L时高概率区面积占灌区总面积的59.13%、55.22%、33.76%和31.96%。随着阈值增加,高概率区面积均明显较少。(4)青铜峡灌区土壤发生中度和重度盐渍化时的潜水临界埋深为2.0 m,潜水临界矿化度分别为2.0 g/L。研究获取的综合指示概率分布图和概率风险评价对青铜峡灌区土壤盐渍化防治具有指导意义,可为土地资源高质量保护和利用提供参考。

黄河三门峡水文站1470～1918年年径流量的推求

利用清代黄河报汛资料和《中国近五百年旱涝分布图》等有关资料，推求出黄河三门峡站１４７０～１９１８年的天然年径流系列，与陕县（三门峡）１９１９～１９８９年实测期的７１年资料，组成１４７０～１９８９年共５２０年的天然年径流系列。

鄂尔多斯盆地西缘南北向断裂的发育及其地质意义

该文对鄂尔多斯盆地西缘断裂带中最重要的一条断裂,即青铜峡—固原断裂的几何学、运动学和动力学特征进行了综合研究,认为该断裂带上出露的辉绿岩属于"构造冷侵位"。断裂带两侧在石炭—二叠纪之前有各自不同的地质发展史,三叠纪后断裂带两侧沉积环境基本一致,说明了该断裂为不同地体的碰撞拼贴带。青铜峡—固原断裂带对其西侧的祁连造山带和东侧的鄂尔多斯盆地中央古隆起的形成均起着重要的控制作用。

基于球状模型参数的地下水水位空间变异特性及其演化规律分析

根据宁夏青铜峡灌区169眼观测井的20世纪90年代逐月地下水埋深观测资料,应用地质统计学方法,结合GIS技术,研究了灌区地下水水位的空间变异特性在年际和年内的演变规律。地下水埋深样本呈对数正态分布,利用球状模型拟合变异函数,通过研究球状模型参数中短轴变程与长轴变程的比值,发现样本存在不同程度的几何各向异性,但逐年趋于各向同性;各向异性程度的年内变化与灌溉过程有关,地下水埋深越浅,其各向异性程度越强。球状模型参数中的块金值与基台值的比值反映地下水埋深样本具有中等的空间相关性,其大小与灌溉活动关系密切,地下水埋深越浅,空间相关性越大,反之亦然。克里金插值结果表明,灌区地下水埋深总体上逐年增加,在年内变化上,顺着地下水自南向北的流向,地下水位随灌溉呈周期性涨落变化。

基于PSR模型的青铜峡市土地生态安全评价与预测

[目的]通过研究宁夏自治区青铜峡市的土地生态安全发展状况,为该市的土地生态安全及其可持续发展提供科学的参考依据。[方法]综合运用熵权法、P-S-R模型、综合指数法、地理探测器和GM(1,1)预测模型等方法对该区域土地生态安全、安全等级以及影响土地生态安全的主要因子进行评价研究,并对其未来9a的土地生态安全状况进行预测。[结果](1)青铜峡市土地生态安全综合指数在研究期间整体呈现出先下降后上升的变化趋势。2006—2009年土地生态安全指数呈现波动下降的态势,由2006年的0.446 3下降到2009年的0.419 1;2009—2016年青铜峡市土地生态安全综合评价值不断上升,由2009年的0.419上升到2016年的0.505 1,其安全等级始终保持为临界安全,研究期间青铜峡市土地生态安全整体水平不断提高和改善。(2)通过地理探测器诊断得出人口密度、农用化肥使用量、废水排放量、万元GDP能耗、工业固体废物产生量、建成区绿化覆盖率、水利、环保设施投资占GDP的比率等要素是青铜峡市土地生态安全的主要影响因素。(3)利用GM(1,1)预测模型对青铜峡市未来9a土地生态安全发展水平进行预测,结果表明2017—2025年该区域土地生态安全水平不断上升,但其安全等级不高,仍处于临界状态,有待于提高和改善。[结论]研究期间青铜峡市土地生态安全波动变化明显,但总体上呈上升趋势,土地生态安全得到明显提升和改善。

青铜峡灌区氮素流失试验研究

针对农业非点源污染氮素流失难以监测控制的具体特点,基于单元负荷分析,提出了负荷贡献率的概念,并在此基础上,建立了灌区氮素流失估算模型;利用青铜峡灌区2005—2006年灌溉周期灌排水质监测试验资料,对灌区年氮素流失总氮、硝氮和铵氮流失3种形态进行了估算。结果表明,青铜峡灌区年流失总氮4.11×104t、硝氮2.85×104t、铵氮0.55×104t,铵氮和总氮分别是黄河干流区间点源污染负荷的0.28、1.52倍,对黄河干流水质影响较大。

青铜峡灌区水稻田三氮变化特征试验研究

以宁夏青铜峡灌区水稻田三氮(总氮、氨氮、硝氮)作为研究对象,从田间运移、土壤剖面中的变化以及在排水沟内受到的消解作用方面进行了分析。结果表明:(1)水稻田间,排水中总氮浓度大于其在引水中浓度;5、6月份田间积水中总氮浓度小于其在引水、排水中浓度,7、8月份刚好相反。引水中氨氮浓度小于其在田间积水、排水中浓度。5—7月排水中硝氮浓度>其在引水中浓度>其在田间积水中浓度,8月份变化没有明显规律。(2)土壤剖面中0～20cm土层三氮含量最高,随着土壤剖面加深,呈递减趋势,总氮在灌溉后的含量高于灌溉期间,氨氮、硝氮灌溉后的含量低于灌溉期间。(3)排水沟内三氮均受到消解作用,消解幅度呈氨氮>总氮>硝氮的趋势,且与植被覆盖度、沟道长度、水流速度等因素关系密切。

基于景观格局的干旱区绿洲生态风险评价与管理——以青铜峡市为例

干旱区绿洲抗干扰能力弱,开展其生态风险评价具有的重要意义。以景观生态学理论为指导,选取青铜峡市作为研究对象,采用三期遥感数据,运用景观格局指数评估生态风险,并对生态风险指数进行空间化,绘制研究区2006年、2010年、2016年的生态风险空间分布图。在此基础上,结合空间统计法分析了研究区生态风险的聚集模式。结果表明:(1)研究期间,青铜峡市景观格局变化明显。耕地、水域和未利用土地的景观破碎度增加,大斑块破碎化趋势明显,区域的景观稳定性降低。景观格局指数的空间分布显示景观破碎度、损失度较高区分布在人口和经济活动聚集的绿洲核心区。(2)研究区的生态风险时空变化差异较大。其中高风险区面积减少最为显著,并随着风险等级之间的转换,中等风险区成为研究区的主要风险类型。生态风险呈现缓和趋势。(3)研究区的生态风险存在显著空间正相关,"低低"和"高高"聚集是主要的生态风险聚集模式,低值为高值包围或高值为低值包围的空间孤立点表现不显著,高低风险之间严重分化是研究区亟待解决的问题。

溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用

建立一、二维水动力耦合数学模型以模拟溃堤洪水的演进过程,其中一维模型采用Preissmann格式离散,二维模型利用基于非结构网格的Roe格式离散。将道路、灌渠等特殊边界概化为宽顶堰并作线性处理,利用非结构网格与特殊边界的耦联,建立具有真实地形的耦合模型,并采用干湿水深理论对模型进行优化。将模型应用于黄河青铜峡河西灌区溃堤洪水的模拟,较为真实地再现了洪水在计算区域内的演进过程与淹没范围,体现了道路、灌渠等特殊边界的阻水效果与桥涵的过水效果。