提高有效水量,实现砂岩油藏稳定开发

对于没有边底水能量的常规稠油砂岩油藏,油田水补充地层能量,实现油田可持续性开发显得非常重要。注水过程中,渗透率高,油层联通好的井容易产生单层突进,含水上升快。而渗透率低,油层联通较差的井得不到注入水补充能量,地层压力下降快,原油脱气严重,制约油井产量。特别是开发进入中后期,平面矛盾和层间矛盾比较突出,产量递减加大。本文提出了强化水井专项治理,提高有效水量,减缓油井水淹的速度,保持油藏的地层能量,使沙岩油藏能持续稳定开发。

新疆土壤有效持水量的估算及不确定性

基于文献整理的5个土壤剖面、20个土层的实测数据,使用土壤质地类型赋值以及基于土壤机械组成、有机质等数据用土壤转换函数等方法估算了新疆土壤有效持水量,用平均绝对误差和平均相对误差评价了估算方法的不确定性。结果表明,土壤质地类型赋值法的不确定性高于土壤转换函数法,但后者的平均相对误差为34.1%,不确定性依然很高。根据20个土层有效含水量的实测值和质地类型,将土壤沙土、壤质沙土、沙壤土和沙黏壤土的赋值修正为16.5%,将壤土和粉壤土的赋值修正为35.0%。修正后土壤质地类型赋值法的平均相对误差可降至0.06,其土壤有效持水量估算值与实测值的线性回归系数为0.966,接近于1.000。

长江流域冬油菜需水量及水分盈亏特征分析

基于长江流域冬油菜优势产区11个省、2个直辖市共计129个城市近20年的逐日气象数据,采用经验公式、FAO推荐的改进HS数据模型和作物系数分别计算各城市冬油菜全生育期及各生育阶段有效降水量及需水量,并对水分盈亏指数及多年旱涝灾害发生频率进行分析。结果表明,长江流域冬油菜在各生育阶段有效降水量均呈由东南向西北递减的带状分布特征,其中鄱阳、洞庭两湖平原及杭嘉湖平原有效降水量充沛,长江中下游干流南北沿岸地区有效降水量适中,秦岭—淮河一线、四川盆地及云贵高原有效降水量偏少;各生育阶段的需水量呈现西南高、东南中、西北低的分布特征,其中云南省需水量最高,长江中下游平原需水量适中,秦岭—淮河一线、四川盆地、贵州省需水量最低;多年水分盈亏空间分布特征表现为长江中下游干流南北沿岸地区水分供应适中,秦岭—淮河一线、四川盆地、云贵高原水分供应不足;水分盈亏年代演变特征表现为苗期长江上游旱灾多发、涝灾偶发,中下游涝灾多发、旱灾偶发,其他生育阶段长江上游旱灾频发,中下游旱灾多发、涝灾偶发的特征。为有效保障长江流域冬油菜各生育阶段的适当水分供应,在苗期阶段,长江上游地区应注意适量灌溉、中下游地区应注意及时排涝;其他生育阶段,长江上游地区应注意充分灌溉,中下游干流北岸城市应注意适时灌溉,中下游干流南岸城市应注意适时排涝,以促进长江流域冬油菜高产稳产,保障国内油菜籽原料稳定供应。

旱作物生育期有效降水量计算模式研究进展

在查阅国内外相关文献的基础上,对目前有效降水量的研究方法进行了简要的评述,并结合现有有效降水量计算模式,对它们的适应性和计算结果的可靠性进行了对比分析。结果表明,各种计算模式均存在一定的局限性,不同模式在同条件下模拟计算的结果存在明显的差异。最后,对该领域存在的问题及未来的研究方向作了简要的探讨。

基于主成分分析红壤有效含水量估算模型

季节性干旱是南方红壤地区农业可持续发展面临的关键科学问题,土壤有效含水量是评价土壤对植物给水能力的重要因子之一。该文以红壤为研究对象,在江西省采集了34个红壤样品,测定了土壤田间持水量、永久萎蔫系数、有机质含量、土壤容重、土粒密度和土壤质地组成(砂粒,粉砂粒和黏粒)的百分含量等土壤物理参数,并对这些因子进行主成分分析,建立经验回归模型,相关系数为0.87。结果表明:区域红壤有效含水量可以通过土壤物理参数估算,通过主成分分析等统计方法对于大面积估算土壤有效含水量是可行的。

泥石流预报中前期有效降水量的确定

前期有效降水量是泥石流预报的重要参数之一,对不同类型泥石流的形成有不同的影响形式,对土力类泥石流的形成主要是影响泥石流形成区土体的土壤含水量。在每次前期降水增加的土壤含水量和其有效降水量遵循相同衰减规律,以及每次前期降水的有效降水量和其增加的土壤含水量衰减过程都是相互独立的假设条件下,通过分析土壤含水量随时间的变化关系,可以得到前期有效降水量与前期降水量随时间的变化关系,从而可以确定前期有效降水量。通过对云南蒋家沟降水和土壤含水量的实际观测,对这个关系进行了分析研究,并利用最小二乘法得出了前期有效降水量的计算公式。

冬小麦生育期有效降水量计算模式研究

根据田间试验数据，建立了冬小麦叶面积指数随有效积温变化的增长模型，实际腾发量模型及土壤入渗模型。并以土壤水分平衡法为基础，综合考虑作物蒸散、降水和灌溉等因素影响，利用新乡地区1951～2001年冬小麦连续50个生长年度的逐日气象资料，模拟了各年度冬小麦生长期土壤水分供需状况。通过模拟结果分析冬小麦生长期降水量和有效降水量相互关系及变化趋势，确定了该地区不同时长尺度下冬小麦生育期有效降水量适宜计算模式，以满足区域农业发展规划及水资源优化配置管理的需求。

土壤有效含水量的经验估算研究——以东北黑土为例

土壤有效含水量(AWC)是评价土壤抗旱性、水资源规划和管理以及指导灌溉的重要依据。对土壤AWC进行经验估算,是一种有效方法。文章首先介绍了土壤有效含水量(AWC)的概念、计算方法、经验估算建模的依据及意义,并分析了土壤AWC与土壤其它特征因子如土壤质地、土壤有机质、土壤容重等的相互关系,对国外已有的经验估算的统计模型及其建模思路进行了介绍。其次,运用统计技术,对我国东北黑土土壤AWC进行了经验估算研究并建立相应的估算模型。结果表明,土壤质地组成及有机质含量为与东北黑土AWC有着密切关系的理化参数,运用它们所建立的土壤AWC估算模型是比较简单而且可行的。

基于地表有效保水量的森林火险天气等级预报

针对我国中长期森林火险天气等级预报尚无成熟的方法,借鉴《全国森林火险天气等级》行业标准,将降水火险指标的测报因子——降水量及连旱时间用地表有效保水量来替代,解决无法精细表达降水量和连续变化的蒸发量对火险的影响,以及区间量化打分的阶跃问题,以实现更为准确的中长期森林火险预报的目的。利用GIS建立连续化空间分布的下垫面参数模型,使用陆面蒸发量计算模型,将地表有效保水量估算为同期地表降水量与陆面蒸发量差值的动态累加值,并将分段打分模型改进为连续化的地表有效保水量火险天气指数计算模型。结果表明:该方法克服了传统利用地形图进行手工计算下垫面参数的缺点,更能精细化地表达和区分地表可燃物的干旱状态;结合GIS系统,可实现以栅格为单元的地表连续化火险天气等级预报。

半干旱榆中地区最小有效降水量及降水转化率的研究

有效降水对于土壤水分的补充和农作物的生长来说是一个很重要的概念。通常认为大于5 mm的降水即为有效降水。但是有效降水的影响因素很多,在不同的地理环境和气候背景条件下,最小有效降水量也会有所不同。利用2006年6月—2011年3月兰州大学半干旱气候与环境观测站资料,从土壤湿度变化的角度出发,根据有效降水的定义,对甘肃榆中地区的最小有效降水量做了初步研究。通过分析该地区不同季节、温度和植被条件下不同土壤深度最小有效降水量,发现5、10、20 cm土壤层的最小有效降水量分别为4、5、8 mm。季节分布上,各层土壤最小有效降水量均为夏季最高,春季和秋季值较为接近。高温年的最小有效降水量高于低温年的值,生长季高于非生长季。在降水超过最小有效降水量并且量级较小时,随着降水量的增大,土壤湿度增量呈指数形式增大,这时降水的转化率也较高;而当降水达到一定量级时,超过了土壤的入渗率,水分以径流的形式损失,土壤湿度增量的变化率减小,降水的转化率也趋于一定值。0—20 cm土壤层降水转化率达到70%。

超级稻穗颈节伤流强度与籽粒灌浆有效含水量昼夜变化规律

以超级稻两优培九为材料,采用大田栽培,从"源-流-库"角度研究灌浆盛期水稻主茎穗颈节伤流强度与籽粒灌浆有效含水量昼夜变化规律及其相互关系。结果表明,水稻穗位不同的强、弱势籽粒灌浆有效含水量及穗颈节伤流强度在一昼夜中均呈"V"字型趋势变化,强势籽粒灌浆有效含水量最大值出现与穗颈节伤流强度同步,而最小值滞后2h,弱势籽粒灌浆有效含水量最大值出现滞后穗颈节伤流强度2h,最小值二者同步,强势籽粒高效灌浆时间长于弱势籽粒;强(弱)势籽粒的灌浆有效含水量与穗颈节伤流强度呈极显著的直线(指数)相关关系,弱势籽粒灌浆有效含水量在一昼夜各个时段均高于强势籽粒,尤其在低籽粒含水量条件下,弱势籽粒含水量随穗颈节伤流强度变化比强势籽粒大。可见,弱势籽粒库容活性更易受到源物质供应能力的影响,强弱势籽粒对源物质供应能力反应的不同步是造成其粒质量和品质差异的一个主要原因;本研究表明,采取栽培措施适当降低籽粒灌浆有效含水量,应当可提高弱势籽粒竞争同化产物的能力,促进弱势籽粒灌浆充实。

1971-2018年黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度演变特征

基于1971—2018年黑龙江省69个气象台站逐日气象资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐方法计算玉米需水量,应用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量,采用Mann-Kendall检验、GIS反距离加权插值等方法分析黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度及其演变特征。结果表明:黑龙江省玉米拔节以前生育时段大部地区有效降水增加,拔节以后各生育阶段大部地区有效降水呈减少趋势,不同区域变化趋势略有不同。受风速变小和日照时间减少等气象因子影响,黑龙江省大部地区玉米需水量减少,东部减速最快,北部最慢。黑龙江省中部和东北部玉米需水量与有效降水量耦合度较高,西部较低;拔节以前耦合度较低,拔节以后较高。各区域耦合度均呈“两落两起”变化趋势,2011—2012年为耦合度由低到高明显突变点。

淮北平原农作物生长期有效降水量的研究

为获得适用于淮北平原农作物生长期有效降水量估算的方法,利用五道沟实验站地下水位控制埋深为1.0 m、1.5 m和2.0 m,测筒面积为2.0 m2和4.0 m2,土样为原状砂姜黑土的6套大型地中蒸渗仪,以小麦、夏玉米为对象,分别设计3个水平、6个处理,开展为期3年的有效降水量观测试验研究。利用长系列资料,获得地下水位控制埋深为1.0 m、1.5 m及2.0 m共3个水平在3种实测典型年,即p为5.1%、48.7%和94.9%的有效降水量及其有效降水系数分析结果,计算出不同时段,即月、季或年的有效降水量。

西北地区陆地生态系统未来生态需水量预估

采用偏差校正空间分解(BCSD)法对CMIP6的5个GCMs数据进行降尺度处理,基于考虑CO_(2)浓度影响的Penman-Monteith公式与有效降水计算方法,结合单作物系数法与saxton方程,预估了中等强迫(SSP2-4.5)和高强迫(SSP5-8.5)气候情景下西北地区生态需水量与生态缺水量的变化。结果表明:西北地区未来生态需水量在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别以3.83亿、6.95亿m^(3)/a的趋势上升;21世纪末期(2070—2100年)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下年生态需水量均值分别为5679亿、5881亿m^(3),年有效降水量均值分别为3985亿、4106亿m^(3),年生态缺水量均值分别为1732亿、1798亿m^(3);西北地区整体上处于水分亏缺状态,缺水格点占比为60.2%,主要分布在新疆北部和西部、青海中部以及陕西、甘肃、宁夏的绝大部分区域。

小观音大柳树两水库有效补水量基本一样

黑山峡水库补水高峰期考虑给黄河上、下游补水应是4～6月。既满足宁蒙地区最大引水流量,又保证河口镇的最小流量,黑山峡水库下泄最大有效流量为1400m3/s。若宁蒙陕灌区采取分散扬水,小观音和大柳树两水库在补水高峰期所提供的有效水量基本一样;若宁蒙陕灌区采用自流灌溉,原始状态下大柳树的补水量比小观音反而要小。从黄河干流大水库统筹考虑,大柳树更不可能比小观音增加有效补水量。

基于多因素影响的区域旱作物有效降水量估算

【目的】确定区域尺度旱作物有效降水量估算方法。【方法】通过分析降水、土壤和作物因素对作物有效降水量的综合影响,提出了包括冠层截留量、土壤可容水量、地表径流量、降水量和深层渗漏量等4个计算模块的作物有效降水量估算模型,采用田间尺度水量平衡方程计算值对估算模型模拟值进行验证,并分析了河北平原5个县域作物有效降水量的时空分布特性。【结果】①作物有效降水量估算模型模拟结果与农田尺度水量平衡法计算值的决定系数R2和纳什系数NSE均大于0.85,模拟精度较高;②研究区域冬小麦-夏玉米连作条件下作物有效降水量为400.00mm,降水入渗系数为0.84;丰水年、平水年、枯水年作物有效降水量分别为419.00、454.00和355.00mm,降水入渗系数分别为0.76、0.86和0.83,栾城和元氏的作物有效降水量较赵县偏高。【结论】提出的估算模型可以用来估算区域尺度作物有效降水量。

基于有效含水量的土壤水分监测点布设的空间分层采样方法

为了优化灌溉实践,构建准确估计平均土壤水分的监测点布设准则,该研究引入有效含水量(Available Water Capacity,AWC)作为辅助变量,结合经典统计学和地统计学构建了一种基于辅助变量空间自相关的分层采样方法(Stratified Sampling method based on spatial autocorrelation of Auxiliary Variables,SSAV),克服直接以土壤水分为变量时受其强时空变异影响的弊端,并在田块尺度进行试验。结果表明:0~40和0~80 cm土层的AWC服从正态分布;在90%置信区间,采样误差为10%时研究区内0~40和0~80 cm土层的监测点数目分别为7个和6个;基于SSAV布点法估计土壤水分的相对误差变化范围为–23.23%~35.15%,较简单随机布点(Simple Random Sampling,SRS)法减小了26.48%。标准差的平均值为4.78%,较SRS降低了17.30%。基于SSAV的0~40和0~80 cm^(2)个土层的估计值和观测值之间的平均均方根误差RMSE为0.0104 cm^(3)/cm^(3),基于SRS的RMSE为0.0120 cm^(3)/cm^(3),显著性检验P<0.001,SSAV显著提高了对土壤水分的估计精度和准度。SSAV为获得区域平均土壤水分提供了省时、省力、低成本的监测点布设方案,为农业水资源管理和提升农业用水效率提供了保障。

锡林浩特矿区土壤水分特征曲线和有效含水量预测

露天矿开采导致大面积的地貌改变和植被破坏,进行土地复垦是重建原有生态系统的有效手段。为改善锡林浩特矿区生态脆弱、且矿区表土稀缺的现状,利用上覆岩层进行表土替代材料的开发,上覆岩层土壤的持水能力是选择表土替代材料的重要指标,对于指导排土场复垦具有重要意义。基于此选取了AP(Arya and Paris模型)、MV(Mohammadi and Vanclooster模型)和MVVG(MV model with the van Genuchten模型) 3种模型对锡林浩特矿区上覆岩层(L1-L5,共5层)土壤水分特征曲线与土壤有效含水量的预测精度。结果显示:MVVG对于土壤水分特征曲线(R^2=0.940)与有效含水量(R^2=0.7409)的预测精度均较好,AP对于土壤水分特征曲线的预测结果最好(R^2=0.950),且对于剖面有效含水量的预测趋势与实测值一致,但是有效含水量的预测值与实测值R^2较低(R^2=0.491),MV预测结果最差。AP模型对壤质沙土、砂之壤土和粉砂壤土的水分特征曲线预测效果好于MV和MVVG,但是各模型对沙土的预测预测效果均较差。除L5层,其余4层随着土壤层次深度的增加,其田间持水量、凋萎系数和有效水含量均呈减少趋势。L2-L4的有效水含量均低于L1(18%),且L4(8%)<L3(11%)<L2(15%)。研究结果显示AP和MVVG模型可以准确地预测研究区土壤水分特征曲线和水分常数,适合用于锡林浩特矿区上覆岩层土壤持水能力的预测。同时结果表明,L5层的有效含水量最大(20%),且土层较厚,具有在土地复垦过程中作为表土替代材料的潜力,而L2-L4可以考虑作为中和L5质地过黏的材料,使其土质更加接近腐殖层土壤(L1)。

土壤有效含水量的经验估算模型──以黑土为例

土壤有效含水量（AWC）是评价土壤生产力的重要指标,在农业生产实践中具有重要意义,但不同土壤类型的AWC值在当前的土壤数据库中不可获得。以高生产力土壤黑土为例,通过测定不同地形部位黑土的有效含水量,分析了有效含水量的空间分布特征,建立利用土壤理化性质估算黑土有效含水量的经验模型。结果表明：（1）研究区黑土AWC（体积）变化在10.62%-30.98%间,平均20.06%,坡中位置土壤剖面的AWC值显著低于其余剖面;（2）黑土AWC与土壤砂粒含量有负相关性,与土壤容重、土壤粉（砂）粒含量、黏粒含量以及土壤有机质含量间有正相关性,其中与土壤容重的相关性最为显著;（3）基于统计方法建立了利用常规土壤理化性质计算AWC的线性回归式和非线性回归式,对这2个回归式的检验结果表明,利用土壤理化性质估算的AWC与实测结果无显著差异。经验证,本研究构建的经验模型可用于黑土AWC值的估算,从而为其他土壤类型AWC值的研究提供了方法参考。

基于有效最大含水量的土壤水分监测优化布设方法

考虑空间变异的土壤水分精准测定是作物适时适量灌溉的基础。以土壤有效最大含水量作为关键参数,结合经典统计学和地统计学方法,提出了土壤水分监测优化布设数量与位置的确定方法,克服了以实测土壤含水量作为参数导致通用性差的弊端,并以北京大兴试验区3.645 km2为例,布设了129个采样点,分析了土壤有效最大含水量空间变异规律,提出了优化的采样数目及具体布设位置。结果表明:(1)土壤有效最大含水量在0~40与0~80 cm深度均满足正态分布,其变异系数分别是14.96%和13.56%,表现为中等程度的变异;(2)运用经典统计学方法获得在置信区间90%、采样误差10%情况下,0~40和0~80 cm深度的合理采样数分别为6个和5个,并采用地统计学方法确定了具体布设位置。(3)以129个样点估算的区域含水量作为实测值,依据优化采样点估算的区域含水量误差均低于10%,因此基于有效最大含水量的土壤水分监测优化布设方法可以在保证区域测量精度情况下,大幅减少采样点数量。