二十世纪五六十年代黄河下游引黄灌溉失序原因重探——以人民胜利渠为中心

新中国成立后,以兴建人民胜利渠为标志拉开了黄河下游引黄灌溉的序幕。“引黄灌溉”作为一种利用黄河水资源,抵御干旱、保障农业生产的重要方式,在1949年后的黄河水资源开发利用史上具有代表性。二十世纪五六十年代,黄河下游引黄灌溉陷入“失序”状态,具体表现为:引黄工程蜂拥上马和灌区用水“大引大灌”,最终导致了严重的内涝和次生盐碱化问题。黄河下游引黄灌溉不得不按下“暂停键”。究其缘由,与完成粮棉高产指标和缺乏有效监管不无关系,根本上则暴露了黄河水权制度建设的缺陷,为开发利用黄河水资源敲响了警钟。随着黄河下游引黄工程的复灌,水权和黄河水资源管理也逐渐确立和规范起来。回顾这段历史,既是对新中国治水兴水艰辛历程的再回顾,也有助于我们理解当前黄河流域生态保护和高质量发展战略所要求的水资源集约节约利用的历史必然性。

基于Copula函数的人民胜利渠灌区地下水埋深与TDS联合分布分析

为了查明不同埋深区域地下水溶解性总固体(TDS)变化规律,选择人民胜利渠灌区为研究区,根据地下水TDS值将灌区划分为高值区域、过渡区域和低值区域,采用AIC准则筛选出最优Copula函数,采用最优Copula函数构建不同区域地下水埋深与TDS之间的联合分布,对两者的关系进行分析。结果表明:不同区域地下水埋深与TDS之间均具有较强的正相关关系,高值区域地下水埋深和TDS最优边缘分布均为Gamma分布,过渡区域和低值区域地下水埋深最优边缘分布均为Weibull分布、TDS最优边缘分布均为Gamma分布。各典型观测井埋深-TDS最优联合分布函数均为Frank Copula函数。根据联合概率等值线可得当地下水埋深与TDS增大时,联合概率值也增大;当联合概率值一定时,TDS随着地下水埋深的增大而降低,并趋于稳定;联合概率等值线也可以反映任意埋深下TDS所发生的概率,以及同一概率下不同埋深与TDS之间可能出现的组合。

人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价研究

为科学分析灌区水资源节约集约利用现状与发展趋势,以人民胜利渠灌区为例,采用层次分析(AHP)法与熵值法组合权重相结合的TOPSIS评价方法,分农业用水、生活用水、生态用水、工业用水4个子系统,进行水资源节约集约利用综合评价,并对障碍因子进行识别。结果表明:人民胜利渠灌区水资源节约集约利用程度整体为“中等”等级,并呈现上升的发展趋势,原阳县、延津县、卫辉市和新乡县水资源节约集约利用贴近度相对较高,农业用水耗水率、节水灌溉设备普及率、人均粮食产量等农业用水评价指标为灌区水资源节约集约利用的主要障碍因子。

人民胜利渠灌区东三干渠工程设计研究

以人民胜利渠灌区东三干渠设计为研究对象,基于场区地质条件,分析干渠现状存在的问题,有针对性地对干渠的横断面和纵断面展开了详细设计。结果表明,现状东三干渠存在渠道渗流、渠基及岸坡稳定以及渠道冲刷、淤积等问题;东三干渠周边未发现有浸没和盐渍化情况,渠道衬砌施工时不存在降排水问题;正常工况、校核工况Ⅰ和校核工况Ⅱ的干渠边坡稳定系数分别为2.95、2.098、2.647。对全断面现浇混凝土衬砌渠段,糙率选用0.016;纵断面比降为1/6000。

人民胜利渠生态灌区构建及生态环境因素分析

目前,构建现代化生态灌区建设越来越得到社会的普遍重视,因为生态灌区建设综合体现了农业生产力高、灌区功能健全、水资源配置合理、生物多样性。我国水资源短缺,灌溉在农业生产中有着特别重要的地位和作用,灌溉面积占全国耕地的48%,因此,合理安全利用灌区土地资源,使灌区土地发挥重要作用,对保障区域粮食安全以及经济社会的稳定发展具有重要的意义。本文结合实际对人民胜利渠生态灌区构建,生态环境因素进行了分析,为同类项目建设生态灌区提供借鉴。

引黄灌区现有灌溉技术及改造研究——以人民胜利渠灌区灌排工程为例

黄河流域,覆盖青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省区,引黄灌区是黄河流域重要的农业灌溉区域,然而现有的灌溉技术面临着一些问题和挑战。文章介绍了引黄灌区现有的主要灌溉方式和技术,并分析了存在的问题,在此基础上,通过对“十四五”期间对人民胜利渠灌区的改造工程进行研究,探讨了其应用效果及发展方向,包括排灌水系统的改造以及智慧水管控体系的建立。这些改进措施旨在解决当前的问题并为未来发展提供保障。

人民胜利渠灌区气象因素及干旱特征演变分析

近年来灌区水资源短缺现象频发,为定量分析人民胜利渠灌区气候变化特征,利用数理统计、Mann-Kendall趋势检验法、气候倾向率和标准化降水蒸散指数(SPEI)等方法,分析了1951—2017年灌区气象因素及干旱特征年、季的演变规律。结果表明:灌区年平均相对湿度、降水量和水面蒸发量均呈现下降趋势,年最低气温、最高气温和平均气温均呈现升高趋势,且在不同年份发生明显突变;冬季平均相对湿度气候倾向率最大为-1.14%/(10 a),最低气温、最高气温和平均气温的气候倾向率均在春季最大(分别为0.52、0.18、0.40℃/(10 a)),年降水量的气候倾向率最大(-12.49 mm/(10 a)),夏季蒸发量的气候倾向率最大(-6.91 mm/(10 a));灌区多年平均干旱发生频率为33.43%,约每3 a就会发生一次干旱,春季、夏季和秋季干旱发生频率分别为56.72%、56.72%和26.87%,而冬季无干旱情况发生。

人民胜利渠灌区多水源循环转化模型研究

从取水、输水、配水、排水系统的角度,构建了人民胜利渠灌区多水源循环转化模型,定量模拟分析了人民胜利渠灌区系统多年平均下的多水源循环转化关系。结果表明,从农田灌排系统角度,构建灌区多水源循环转化模型是可行的,能够较好地模拟灌区系统多水源循环转化过程;人民胜利渠灌区水资源的转化主要集中在输水和配水系统中,水资源转化量分别约为1.76亿和9.66亿m^3,取水系统和排水系统水资源转化量较小,分别为0.01亿和0.13亿m^3。输水系统中水资源转化以渗漏为主,渠系渗漏量约占总引黄水量的44%,这增加了引黄输水渠道沿线农田遭受渍害和土壤次生盐碱化的风险;配水系统中农田渗漏量约占水资源转化量的28%,这可能与部分地区仍采用落后的灌溉方式有关。

人民胜利渠灌区地下水氮含量时空分布特征研究

通过对人民胜利渠灌区地下水"三氮"(NH_4^+-N、NO_3^--N、NO_2^--N)的动态监测,利用ArcGIS技术分析"三氮"的空间分布规律,结合人类活动、水文地质和水化学等因素,揭示灌区地下水中氮的赋存特征及动态变化驱动因子。结果表明:研究区地下水中"三氮"质量浓度以NO_3^--N为最高,其次为NH_4^+-N和NO_2^--N;因受季节变化影响,地下水"三氮"质量浓度的整体水平在丰水期高于枯水期;"三氮"空间变幅较大,高质量浓度的NH_4^+-N和NO_3^--N分别集中在灌区西部及中部,高质量浓度的NO_2^--N主要集中在灌区东西两侧;丰水期氮质量浓度的空间分布较为离散,其中丰水期NH_4^+-N变异系数高达260%,枯水期NH_4^+-N、NO_2^--N变化趋势较为一致,而4月份之后,NO_3^--N的变化趋势与NH_4^+-N的相反;驱动因子分析表明,化学肥料的过量使用是导致地下水"三氮"质量浓度偏高的主要因素,此外,降水入渗、包气带厚度、pH值、Fe^(3+)离子浓度在一定程度上也影响地下水"三氮"的转化方向。

基于Copula函数和不同时间尺度的人民胜利渠灌区干旱风险分析

灌区干旱事件频发严重制约农业的可持续绿色发展,为了定量分析人民胜利渠灌区的干旱风险,基于灌区1951—2017年逐月降水量与平均气温系列数据,构建不同时间尺度下标准化降水蒸散指数(SPEI),利用游程理论识别不同时间尺度的干旱历时和干旱强度两个特征变量,并结合Copula函数建立联合概率分布函数,进而分析不同时间尺度的灌区干旱联合分布概率及其同现重现期。结果表明:不同时间尺度的最大干旱历时和干旱强度均不同,12个月尺度在干旱历时为31个月时干旱强度最大(24.4);1个月尺度、3个月尺度和6个月尺度的灌区干旱事件以短历时低强度的情况居多,而12个月尺度存在较少的长历时、高强度情况;不同时间尺度的干旱联合分布概率和同现重现期均不同,如6个月尺度在干旱历时大于5个月且干旱强度大于5时的联合分布概率为19.65%、联合分布概率的变化率为32.37%,干旱历时为5个月且干旱强度为5时的同现重现期为1.65 a。

人民胜利渠灌区智慧管理平台的物联网架构

人民胜利渠覆盖范围广、节点建筑物多,其信息化面临海量分散数据的传输共享与分析困难,结合现代信息技术探讨了灌区智慧管理平台的搭建。首先面向灌区信息化建设的内在需求,剖析了大型灌区智慧管理的内涵和重要特征,包括多源信息的全面感知、广泛互联、深度融合及智能应用等;继而提出了基于NB-Io T的信号无线传感器节点、基于物联网的云检测与云计算、基于深度学习的系统诊断等关键技术,重点解决信息高效传输共享、深层挖掘诊断等问题;搭建了人民胜利渠多源信息传输的拓扑结构及灌渠系统智慧管理平台框架,包含信息感知传输、互联处理、融合再现、泛在服务等多层次。平台的搭建可为充分发挥渠系整体效能、提升管理水平提供科技支撑。

气候变化对人民胜利渠灌区作物灌溉需水量影响分析

采用人民胜利渠灌区近52年气象资料,分析灌区主要作物需水量、灌溉需水量和相应生育期内气象要素的变化趋势及其相关性。结果表明,水稻、玉米、棉花和花生的作物需水量均极显著减少,小麦和油菜的作物需水量均增加但不显著,各作物灌溉需水量变化均不显著。作物需水量主要影响因子是日照时数(水稻、玉米、棉花和花生,正相关)、平均相对湿度(小麦和油菜,负相关);作物灌溉需水量的主要影响因子均为降雨量(负相关)。

人民胜利渠灌区水资源可持续利用综合评价

基于复合系统理论,利用分层和矩阵原理,采用模糊综合评价法,从水资源禀赋、水资源开发利用、社会经济和生态环境4个层次16个指标对人民胜利渠灌区水资源可持续利用状况进行综合评价。结果显示:灌区水资源可持续利用综合评分为50%频率年的大于75%频率年的,与水资源开发利用、社会经济和生态环境准则评分随不同年型的变化规律相一致,而水资源禀赋准则的变化规律为50%频率年的评分小于75%频率年的,说明人民胜利渠灌区水资源的开发利用处于可持续利用状态,具有连续性和持久性。

人民胜利渠灌区水资源高效利用调控技术研究

在分析总结近几年灌区水资源高效利用调控理论与技术发展的基础上,提出适用于人民胜利渠灌区水资源的调控技术方案:作物种植结构调整和井渠用水比例调整,并建立引黄灌区地表水-地下水联合优化调度模型,定量分析其引、用、耗水关系及地下水变化规律。结果表明,人民胜利渠灌区通过采用作物种植结构调整和井渠灌水比例调整,从节水、经济、生态等方面均可以达到高效利用水资源的目的。

人民胜利渠灌区地下水水质评价

地下水水质评价是掌握水质状况及保护水资源的一项重要工作。基于2016年人民胜利渠灌区22个主要监测井的丰、枯水期监测结果,采用单因子评价法、内梅罗指数法、模糊-熵值评价法对研究区地下水水质进行评价,并对评价结果进行对比分析。结果表明:G04、G05、G14、G15监测点的污染最严重,较为严重的污染因子有总硬度、溶解性总固体、亚硝酸盐等;丰、枯水期的地下水水质均较差,由丰水期到枯水期,受耗氧量、亚硝酸盐、氨氮等评价因子变好的影响,水质有转好的趋势。

人民胜利渠灌区水污染防治对策

随着人民胜利渠灌区工业和生活污水排放量不断增加,灌区水污染日益严重。对灌区水污染现状及其成因进行了调查分析,揭示了水资源保护所面临的问题,针对水污染的特点,提出了流域治理和工程措施等对策。

人民胜利渠灌区冬小麦灌溉需水量模拟与时空特征研究

【目的】研究人民胜利渠灌区冬小麦灌溉需水量的时空分布特征,明确冬小麦灌溉需水量对种植面积、降水量以及作物需水量的敏感性。【方法】采用基于土壤水分动态随机模型构建的灌溉需水量模型计算了灌区冬小麦灌溉需水量,利用面向对象分类方法获取人民胜利渠灌区冬小麦种植面积,并结合敏感性分析了冬小麦灌溉需水量的主要影响因素。【结果】2005—2015年人民胜利渠灌区冬小麦灌溉需水量整体随时间呈现波动变化趋势,多年平均灌溉需水量在175～238 mm之间;灌溉需水量分布变化比较稳定,总体呈现东部、西部高、中间低的特点。灌区冬小麦灌溉需水量对作物需水量最敏感,其次是日降水频率、冬小麦种植面积,日均降水量。【结论】冬小麦灌溉需水量时空差异较大,主要受作物需水量影响。

人民胜利渠灌区农业水资源承载力评价研究

为充分了解灌区农业水资源承载力状况,探究当前水资源支撑农业发展的潜力,保障灌区水安全及粮食安全,针对人民胜利渠开展了承载力评价研究。从社会需求、社会经济、水资源利用、水资源生态4个方面共选取8项评价指标构建灌区农业水资源承载力评价体系,并结合层次分析和模糊集对分析法进行评价。研究结果表明,评价结果与实际结果基本吻合,该评价指标体系具有一定的合理性和可靠性。分析表明,人民胜利渠的农业水资源承载力值于2012—2019年呈现出先增后减的趋势,灌区承载力状况逐渐好转,但仍处于临界承载状况,部分地区甚至处于严重超载状况。因此,建议相关部门继续提高对灌区水资源量和水生态保护的重视程度。

PET估算方法在人民胜利渠灌区适用性分析

为寻求适合气象资料相对较少的人民胜利渠灌区的潜在蒸散发量(PET)计算方法,利用新乡站历年逐日气象监测资料,以Penman-Monteith法估算结果为标准,评价Hargreaves法和Priestley-Taylor法计算潜在蒸散发量的效果。结果表明:采用初始参数时,应用Priestley-Taylor法计算的年和日的PET误差较小,应用Hargreaves法计算的月PET误差较小;采用校正参数的Hargreaves法在年、月和日尺度上误差明显减小,在年和月的计算结果中误差指标均小于Priestley-Taylor法,日计算结果 Priestley-Taylor法优于Hargreaves法,建议今后该区在估算年、月的PET时优先选用Hargreaves法,而在估算日的PET时优先选用Priestley-Taylor法。

人民胜利渠灌区泥沙问题及对策

通过分析人民胜利渠灌区泥沙分布现状和泥沙问题的具体表现 ,提出了灌区泥沙处理的具体措施 :加强引黄水沙科学调度 ;采取先进节水灌溉技术 ;修建沉沙池集中处理泥沙 ;加快泥沙应用研究 ;采用技术改造等工程措施 ,提高渠道输水输沙能力 ,逐步达到“浑水灌溉 ,输沙到低级渠道和田间”的总体泥沙处理方针。