基于水量平衡原理的裂隙优先流双域渗透模型及其应用

针对农田裂隙在灌溉过程中造成灌水效率降低和养分淋失等现象,基于表层入渗、裂隙边壁层流通量、裂隙边壁水平吸渗三者与灌水强度平衡原理,构建了基于水量平衡的优先流双域渗透模型,采用染色示踪试验进行了验证,并基于该模型进行了初始/边界条件旋转设计模拟应用。结果表明,试验优先流模式可显著区分为基质流态(土层深度0~10 cm)和优先流态(土层深度大于10 cm),染色覆盖率在土层深度大于10 cm的区域内呈线性骤降趋势;对比分析实测和模拟流态可知,本文提出的裂隙流双域渗透模型可有效预测土壤上边界入渗特征、基质流入渗深度和染色覆盖率随深度的变化,实测和模拟染色覆盖率极显著相关(P<0.01,R^(2)为0.981),裂隙流发育可分为供水强度控制、表层入渗能力/裂隙边壁层流控制、表层/裂隙边壁入渗能力控制3个阶段。基于该模型采用初始体积含水率(θ_(i)为0.20、0.25、0.30、0.35 cm^(3)/cm^(3))和灌水强度(R_(0)为0.10、0.08、0.06、0.04、0.03、0.02 cm/min)旋转设计,分析了初始及边界条件下优先流特征,模拟结果表明,增大灌水强度可使优先流指数增加而降低灌水均匀度,而当初始含水率升高时,优先流强度减弱且基质流深度增加。本文基于水量平衡原理模拟了裂隙流湿润锋推移过程,消除了传统双域渗透模型难以量化裂隙边壁糙率和层流厚度的缺点,丰富了膨缩性土壤裂隙优先流预测理论,可为农田水分管理和水肥渗漏淋失抑制提供依据。

水量平衡原理在分析计算流域耗水量中的应用

流域耗水量的计算对合理配置水资源有十分重要的意义。目前普遍采用的耗水系数法因受人为因素影响大 ,使其计算成果成为人们争论的焦点。本文应用水量平衡原理 ,提出了计算流域耗水量的两种水量平衡方程式 。

水量平衡原理在区域供水计量中的应用

结合盐城市市级供水计量工程阐述了水量平衡原理在区域供水计量中的应用,根据陶舍小区试验建立相应的水量平衡计算模型,提出了模型中各要素的计算方法,并利用2002-2003及2003-2004年度的实测资料进行了验证。结果表明,利用该模型计算出的2个年度的水量平衡误差均在允许范围内,该试验区域水量处于平衡状态,该水量平衡模型能够用于区域供水计量分析中。

水量平衡原理在测算南方河网灌区灌溉水利用系数中的应用

灌溉水利用系数是反映农业用水效率的重要指标。根据南方河网灌区的实际,提出应用水量平衡原理,分析确定南方灌区的灌溉水利用系数的方法。是通过采用灌区已建水利工程和塘坝等水利设施供水统计资料,在确定作物灌溉定额的基础上,反推得出灌区的渠系水利用系数,最后分析确定灌区灌溉水利用系数,为南方灌区灌溉水利用系数测算分析提供借鉴或验证。

基于多源遥感数据和水量平衡原理的灌溉用水量分析

为实现对灌溉用水量的准确估计,文章结合遥感数据监测方法,提出基于多源遥感数据和水量平衡原理的灌溉用水量分析模型,构建多源遥感数据统计分析模型,通过几何特征与邻域空间的空间拓扑分布特性,建立遥感和矢量数据空间特征分布模型。测试结果表明,采用该方法进行灌溉用水量分析的遥感监测结果的动态匹配能力较强,可以得到完整的拓扑关系并且量化分析耕地空间分布特性,实现灌溉用水量的定量分析和预测。

基于水量平衡原理分段拟合库容曲线

库容曲线是水库一项必不可少的基本资料,是水库规划设计和管理调度的重要依据。抽水蓄能电站一般有上水库和下水库两个水库,发电和抽水都在其之间进行。本文先基于水量平衡原理,采用流量反算实验,得到上、下水库的＂水位~库容＂数据组;再根据电站竣工后测定地形图得到的上、下水库＂水位~库容＂关系表,分段进行数据优化;最后采用最小二乘法,分段对上、下水库库容曲线进行拟合分析。

基于分布式水文模型的水源涵养不同功能评估方法——以渭河涵养区为例

为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法。为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法I和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法I和WEP-L模型法II,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法I和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000—2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m~3)和12.08 mm(5.6亿m~3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法II计算结果数值相差较大,研究区2000—2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关。WEP-L模型法II评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006—2010年期间增加、2012年以后下降以及增加。2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系。通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据。

最小二乘原理在径流量资料处理中的应用

利用最小二乘原理,研究了实测径流量资料平差处理问题,并推导了参数平差法的具体计算模型,通过计算实例说明了利用此方法可以合理地消除实测径流量计算结果中的偶然误差,解决了实测径流量不同年份各站之间的矛盾,给出了客观、实用、可靠的径流计算结果,并可对实测径流资料进行精度评定和分析。

高州市泗水镇龙胆塘水库防洪能力复核分析

水库防洪能力复核是水库安全评价工作中的一项重要内容。选取高州市泗水镇龙胆塘水库为分析对象,对其防洪能力进行复核分析。首先,利用综合单位线法与推理公式法对设计洪水进行复核计算;其次,根据水量平衡原理进行水库调洪计算;然后,在此基础上进行大坝坝顶高程和泄洪能力复核;最后,对该水库防洪能力进行综合评价。结果表明:高州市泗水镇龙胆塘水库的防洪能力满足各项要求,大坝防洪安全性为B级。研究成果可为其他水库的防洪能力复核工作提供参考。

浅谈陕北沙漠型河流水资源开发中生态需水量的确定

秃尾河是陕北能源化工基地一条重要的河流,水质好,常流量稳定。秃尾河流经区主要为沙漠,属生态脆弱区,保护现有水资源尤其重要。在进行河流水资源开发利用时,按照一般的河流生态需水量确定原则,将可能导致河道预留流量偏大,影响开发效益。本文结合沙漠河流的特征,按照水量平衡原理综合分析,科学合理确定河流生态需水量,达到开发与保护兼顾,实现水资源可持续利用,保护河流生态的目的。

关于干旱地区小流域造林适宜灌水量的探讨

朝阳地区地处辽宁西部的干旱低山丘陵区,水土流失严重,生态平衡失调.该区属大陆性季风气候,具有雨热同期,日照充分,风沙多,易干旱等特点.区域内开展水土保持小流域综合治理,必须坚持植物措施同工程措施相结合,以植物措施为主的原则.多年的造林实践表明:水是造林成败的关键因素.灌水栽植已成为保证成活率的关键技术措施之一.但究竟以灌水多少为宜,目前尚缺少定量指标.灌水少,则无法保证苗木成活及生长,多则浪费人力和水资源.

设施农业雨水集蓄利用与番茄灌溉方案优化

为充分利用雨水资源,提高设施农业灌溉用水效率,该研究对雨水蓄水池容积和大棚番茄灌溉方案进行了优化。以天津市武清区一设施农业小区为研究区,根据2020年6个场次降雨,对蓄水池集雨情况进行分析,基于AquaCrop模型优化大棚番茄灌溉方案,最终设置3种集雨灌溉情景,采用水量平衡法,分别绘制不同情景的丰、平、枯水年雨水集蓄系统的评价指标变化曲线,综合分析其变化特征并确定雨水蓄水池最优容积。结果表明:研究区已建蓄水池集雨率约为57%,有较大改进空间;番茄优化灌溉方案与实际灌溉方案相比,在产量仅减少5.5%的情况下,可节省水量23.6 m^(3),水分利用效率和灌溉利用效率分别提高7.2%和39%,说明优化方案在保证作物产量的同时可有效节水;实际集雨率和实际灌溉情景下,雨水蓄水池的最佳容积平均值为362 m^(3),在优化灌溉方案和提高雨水收集设施集雨率后,容积平均值分别为298和288 m3,说明节水灌溉和提高雨水蓄水池集雨率等措施,对雨水蓄水池容积优化和提高复用率具有显著影响。该研究可为指导农业雨水集蓄利用工程建设、促进非常规水利用的推广、保障农业可持续发展提供参考。

间接地下滴灌导水装置规格参数模型

本文根据灌水过程中水量平衡原理为间接地下滴灌建立了导水装置规格(直径,高度)参数模型,该模型中综合考虑了滴头流量、灌水定额、土壤水力特性等参数对导水装置规格的影响。通过室内恒定水头钻孔积水入渗试验与Philip模型的应用,研究了不同导水装置规格类型对三维土壤渗吸率S和土壤入渗率A的影响。基于三维土壤入渗率A等于稳定入渗量QS的假定,定量化了导水装置规格模型中的土壤水力特性参数。通过大田间接地下滴灌试验,验证了模型的可行性。结果表明,Philip模型可用于描述三维恒定水头钻孔积水入渗过程,但在土壤类型一定时,三维入渗中的土壤渗吸率S和土壤入渗率A还与导水装置总的透水面积有关。该模型设计的导水装置规格能满足间接地下滴灌灌水过程中水分不外溢的要求。间接地下滴灌灌水过程中变化的渗透面积和恒定水头钻孔积水入渗过程中恒定的渗透面积之间差异的存在,是模型误差产生的主要来源。

流域生态用水与需水研究

水资源不合理利用导致了严重的生态环境问题,流域生态用水与需水研究对流域水资源配置具有重要意义.应用水量平衡原理,提出计算不同频率流域生态用水与需水方法.并以海河流域为例,计算了不同保证率时的生态用水量与需水量.主要结论为,水文循环与水量平衡理论是研究流域生态需水的基本原理;生态用水等于水资源总量减去生活生产耗水量;根据不同水资源条件下年生态需水量进行生态配水.

回归水模拟的系统动力学模型

以水量平衡原理为基础,运用系统动力学方法,并以Vensim软件包为工具,建立了稻田田间尺度水平衡转化过程的模拟模型,同时将此模型应用于稻田回归水量的模拟分析。通过对漳河灌区稻田田间尺度水量平衡转化过程的检验表明,模拟的地表出流过程与实测值吻合;模拟的田面水位的涨落趋势也与实测过程一致,田间水位动态模拟峰值最大误差为10%;模型能反映稻田水量平衡转化过程。对田间尺度回归水量的动态模拟表明:地表回归水与来水量的变化趋势一致,地下回归水变化比较平稳,逐日回归水量动态变化随着来水量的增加表现出增加的趋势,同样累积回归水量随累积来水量的增加而增加。

沟灌土壤入渗参数和糙率估算及灌水技术要素组合研究

以SIPAR_ID模型为基础,利用水流推进资料估算了大田沟灌土壤入渗参数和糙率值,克服了以往采用水量平衡模型估算土壤入渗参数和糙率值时一些不合理的假设条件,且工作量大的缺点。用估算结果模拟了沟灌水流推进过程以及沟首水深数据,结果表明各试验点水流推进过程误差绝对值的均值分别为4.06%、4.57%和4.47%,沟首水深误差绝对值的均值分别为8.07%、10.26%和8.49%,说明采用SIPAR ID模型估算土壤入渗参数和糙率值是可行的,具有高的估算精度。根据估算的土壤入渗参数和糙率值,采用WinSRFR模型模拟了研究区域各试验点的沟灌灌水质量,提出了各试验点理论需水量分别为60 mm、80 mm和100 mm条件下合理的沟灌灌水技术要素组合,其灌水效率和灌水均匀度均在85%以上,表明可获得高的灌水质量,达到常规沟灌节水的目的。

黄土丘陵沟壑区小流域降雨入渗产流点面转化

在充分考虑小流域土壤入渗速率点面转化及地表结皮等影响因素在内的基础上 ,提出了小流域土壤入渗速率点面转化公式 :fm=fn×Sn/S×an×bn。以纸坊沟小流域为例 ,将实测的流域土壤入渗速率值 (点渗值 )利用上式进行转化 (面渗值 ) ,并与流域径流出口观测站由降雨径流观测值根据水量平衡原理推算出的面渗值进行对比 ,平均相对误差仅为 2 .42 %。初步得出流域土壤面渗率与不同治理度、年内 5～ 9月降雨总量间的单因子和复合因子高精度回归方程 。

根据水流运动过程推求土壤入渗参数和田面糙率的研究

以水量平衡原理为基础,提出了畦田尾部闭合条件下利用两组畦灌水流运动数据推求土壤平均入渗参数和田面糙率的方法,该方法在确定入渗参数和田面糙率过程中避免了采用难以准确确定的田面水深数据。利用大田畦灌试验对所提方法进行了检验,并将该方法所求土壤入渗参数和田面糙率值代入WinSRFR模型中模拟水流运动过程,其与田间实测过程相比,两者具有好的一致性,由此表明该方法能够简单有效地求得畦灌土壤平均入渗参数和田面糙率值。

砂沟滴灌技术参数模型

在分析砂沟滴灌土壤入渗规律的基础上,根据水量平衡原理建立了求解砂沟滴灌技术参数(沟宽、沟高、透水边壁高度、滴头流量)的模型,并将恒定水头积水入渗试验和Philip模型用于求解模型中的土壤入渗性能。以该模型计算的技术参数为基础,通过砂沟滴灌试验验证了模型的可行性,并对影响模型精度的因素做出了分析。试验结果表明,该模型能够较精确地设计砂沟滴灌技术参数。二维恒定水头积水入渗试验中,土壤吸渗率和渗透率是灌水时间的函数,砂沟滴灌中变化的积水深度和湿周是影响模型精度的另一个因素。