浅地下水埋深条件下土壤水盐动态BP网络模型研究

针对浅地下水埋深条件下作物生育期内根系层土壤水盐动态模拟中存在的问题,将人工神经网络引入水盐动态的模拟和预报中,建立了根系活动层0～60 cm和0～100 cm深度内土壤水盐动态的BP网络模型.结果表明,以生育时段初平均土壤含水率、平均土壤盐分指标、地下水水位埋深、地下水盐分指标、时段内水面蒸发量、降雨量(包括灌水量)、生育期日序列7个因素为输入因子,以生育时段末平均土壤水分、平均土壤盐分指标为输出因子的BP网络模型可有效表征土壤水盐动态及其影响因素之间的内在复杂关系,并且有较高的精度.该研究为分析浅地下水埋深条件下作物生育期内土壤水盐动态规律的分析提供了一种有效可行的方法,是对传统土壤水盐动态研究的补充.

花后浅地下水埋深对小麦高光谱特征的影响及叶绿素估算模型

江汉平原春季雨水较多,小麦中后期易受渍害。【目的】将高光谱遥感技术应用于渍害监测,为渍害监测提供一种无损、快捷的诊断方法。【方法】在小麦花后设置不同地下水埋深(0、20和40 cm)处理,分别于处理后8、17、28 d监测小麦冠层光谱反射率和旗叶叶绿素量,分析了小麦花后浅地下水埋深对冠层高光谱特征的影响,并建立了叶绿素高光谱估算模型。【结果】小麦花后0 cm、20 cm地下水埋深持续17 d左右时,小麦冠层反射光谱中蓝紫光波段与红光波段形成的2个吸收谷比40 cm的平坦,而2个吸收谷之间的反射峰变陡,红边位置发生蓝移,且地下水埋深越浅,持续时间越长,2个吸收谷越平坦,蓝移位移越大。浅地下水埋深胁迫小麦旗叶叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素(Chl(a+b))量分别与红边位置(λr)、红边偏度(Sr)以及红边峰度(Kr)呈线性、线性和一元二次曲线关系。选取λr、Sr、Kr三个特征因子作为网络输入层建立BP神经网络模型估算浅地下水埋深胁迫小麦旗叶Chla、Chlb、Chl(a+b)量,建立的模型其拟合精度高(决定系数R2分别为0.842 5、0.700 2、0.850 8、均方根误差RMSE分别为0.146、0.048、0.173)。【结论】以λr、Sr、Kr为输入层建立的BP神经网络模型可以作为估算浅地下水埋深胁迫小麦旗叶叶绿素量的高光谱估算模型。

不同浅层地下水埋深情况下冬小麦高产节肥施氮策略

中国农业科学院农田灌溉研究所农业水资源优化配置与调控技术创新团队揭示了不同浅层地下水埋深情况下小麦高产节肥施氮策略,为浅地下水埋深区水肥高效利用和农业绿色发展提供理论依据。相关研究成果发表在《植物科学前沿》上。

典型喀斯特峰丛洼地降雨特性及浅层地下水埋深变化特征

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地连续6年(2006-2011年)的降雨资料和浅层地下水埋深的实测数据为基础,分析研究区降雨特性和浅层地下水的变化特征。结果表明:研究区虽然降雨丰富,但年际变化大且季节分布不均。除2008年为丰水年(1 979.8mm)、2011年为欠水年(1 127.3mm)外,其余年份均为平水年(1 302.7～1 510.1mm);降雨主要集中在4-9月(雨季),其占全年降雨量的比例表现为平水年(82.4%～85.1%)>丰水年(74.7%)>欠水年(65.9%);有效降雨次数、累计有效降雨量和最大日降雨量有随年降雨量增加而增加的趋势;60min雨强大于16mm/h的降雨和最大日降雨量的最大值分别为67.4mm/h和152.9mm,主要集中在5-8月;年内50%以上为无雨天气,其中,平均出现26次连续3d以上,5次连续10d以上的无雨天气,不同水文年差异不大,且多发生在旱季,年降雨量并未因无雨天数的增加而降低。雨季地下水埋深约为2m,旱季大于3m,呈中等变异,且雨季大于旱季;地下水埋深年内随降雨呈单峰型分布,但峰值维持时间短,前期降雨对地下水位的涨落有重要影响。

小波神经网络在白城地区浅层地下水埋深预测中的研究

针对白城地区浅层地下水位动态变化的复杂性和非线性,采用小波分析和人工神经网络相结合的小波神经网络模型(WA-ANN)对白城地区浅层地下水埋深进行分析和预报。将研究区5口井2002-2009年逐月的降水量、蒸发量、人工开采量和前期水位埋深4个因素作为输入层,地下水埋深作为输出层,建立浅层地下水埋深预测模型,并采用"后验差"法对模型精度进行检验。检验结果表明,WA-ANN模型能很好地模拟该区地下水埋深变化规律,且拟合和预报精度均较高,相对误差小于10%。2010年以后的预报结果显示研究区地下水位呈逐年下降趋势,预计到2015年将下降1m,应及时加以控制。同时,笔者希望本次研究能为浅层地下水埋深预测提供一种新的途径。

利用柽柳年轮资料重建塔里木河下游英苏1958-2006年3月至6月份浅层地下水埋深

在建立1958-2008年塔里木河下游英苏地区刚毛柽柳(Tamarix hispidaWilld.)年表的基础上,将STD和RES年表的年轮宽度指数与英苏监测断面的浅层地下水埋深进行相关分析,表明年轮宽度指数与3月至6月份浅层地下水埋深负相关最显著,相关系数为-0.917(P<0.01);利用逐步回归分析,重建了塔里木河下游英苏1958-2006年3月至6月份浅层地下水埋深,并用逐一剔除检验法进行了方程稳定性检验,统计检验参数表明估计序列与实测序列较为相近,交叉检验单相关系数达0.945(P<0.01),残差缩减值RE为0.393,乘积平均值T为5.258,符号检验超过95%的置信度,说明重建方程稳定可信;对重建序列趋势分析表明,1958-2000年,英苏浅层地下水埋深序列呈波段增加的趋势,在2000年生态输水后有明显变浅趋势,且浅层地下水埋深最浅时期为20世纪50年代,埋深最深时期出现在20世纪90年代;滑动t检验分析表明,3月至6月份英苏浅层地下水埋深在1963年和1973年前后发生了由浅变深的突变,而2001年则是区域浅层地下水埋深由深变浅的起始点。

华北平原超采区浅层地下水埋深变化及控制因素分析

为了准确识别华北平原浅层地下水超采变化和控制因素,通过收集分析华北平原浅层地下水埋深分布及动态资料,基于典型潜水监测站2005-2015年的监测数据,结合全国水资源公报选取代表年分析华北平原地下水埋深分布并通过BP神经网络方法确定了超采区浅层地下水变化的控制因素。研究表明:2005-2015年华北平原地下水除北京少部分地区埋深减少外,其余大部分均表现出埋深持续增加的特征;人工开采地下水是影响华北平原浅层地下水的控制因素。

植物群落覆盖度和浅层地下水埋深对沙柳乌柳种子天然更新的影响

采用样地调查法,研究了内蒙古鄂尔多斯市乌审旗毛乌素沙地天然更新分布区内沙柳和乌柳的更新特征、更新苗数量与高度、植物种类、植物群落覆盖度、浅层地下水埋深等,并运用相关分析和线性回归分析等方法研究了沙柳、乌柳更新状况与其影响因素的关系.结果表明：沙柳、乌柳更新仅发生在水分条件较好的下湿低地内,种子当年更新幼苗数量平均为37.8株/m2,最高可达到260株/m2;更新苗数量与浅层地下水埋深和植物群落覆盖度均呈负相关关系,相关系数分别是-0.220和-0.565＊＊;沙柳、乌柳天然更新的最佳条件为植物群落覆盖度在20%-60%、浅层地下水埋深在30-60 cm的丘间低地.

节水改造对沈乌灌域不同地貌浅层地下水埋深的影响

为了揭示节水改造对区域地下水埋深的影响,以沈乌灌域44眼地下水观测井资料为基础,研究节水改造下地下水动态演变趋势。结果表明:整个灌域地下水埋深受灌溉影响明显,夏灌和秋浇后整个灌域地下水埋深都有上升趋势,秋浇后灌域大部分地区地下水埋深处于最浅值,有一定的周期性变化规律,但灌域中心地区存在深埋区,对于地下水资源要加强管控;节水改造后,各渠系下游耕地区平均埋深降幅(12.46%)大于上游耕地区平均埋深降幅(7.13%),最大埋深平均降幅(16.54%)大于最小埋深平均降幅(15.78%);荒地区、湖泊旁地区和林地区的地下水平均埋深分别下降0.33、0.24 m和0.36 m。研究表明,节水改造对耕地区、荒地区、湖泊旁和林地区影响较明显,对盐碱区和渠道旁地区影响较微弱。

浅埋条件下地下水-土壤-植物-大气连续体中水分运移研究综述

地下水-土壤-植物-大气连续体系统中水分运移研究对于水资源的有效利用及生态环境问题有着重要的科学研究意义。在地下水浅埋条件下,地下水、土壤水、植物水、大气水是一个连续的水分过程。通过归纳国内外在地下水浅埋条件下土壤水分运移、土壤盐分运移、以及水盐运移对植物生长发育等生物过程作用的机理等方面的研究成果,综述了近年来国内外在地下水浅埋深条件下GSPAC系统水运移在研究方法、试验和模型方面的进展、各种研究方法的原理、优缺点和今后的研究方向,分析指出定量地研究浅埋深地下水对SPAC系统水分过程、生物过程和能量过程等的作用和影响是一个复合过程,由单个过程研究向过程的综合分析发展难度较大,目前研究相对比较薄弱,是今后需要重点发展的一个方向,在此基础上阐述了GSPAC系统水运移的研究需要深入发展的几个方面。

洱海近岸菜地浅层地下水动态变化特征及影响因素

研究洱海近岸菜地浅层地下水埋深是合理调控浅层地下水位和防止土壤氮磷随浅层地下水流失的基础。通过对洱海近岸菜地2 a(2014年6月—2016年5月)浅层地下水埋深进行监测,分析了浅层地下水埋深的时空变化特征和影响因素。结果表明,洱海近岸菜地5个高程浅层地下水埋深均服从正态分布,其平均值为25.21~45.07cm,变异系数在0.26~0.43之间。浅层地下水埋深旱季深、雨季浅,其月变化和雨、旱季不同期,存在滞后现象,雨季浅层地下水埋深变异系数大于旱季。旱季和雨季浅层地下水埋深空间变化随等高线均呈不规则带状分布。洱海水位、降雨、灌溉、潜水蒸发和土壤物理特性的空间变异均是影响洱海近岸菜地浅层地下水埋深变化的主要因素。其中,1 966 m高程浅层地下水埋深与洱海水位极显著线性相关(p<0.01),二者互为连通,相互补给;其他高程浅层地下水埋深与降雨量和灌溉量显著线性相关(p<0.05),随降雨量增加,浅层地下水埋深逐渐变浅,随潜水蒸发量和灌溉量增加,浅层地下水埋深逐渐变深。距洱海由近及远土壤母质为河湖相沉积物到第四纪红黏土,使得不同发生层土壤渗水性由强变弱,造成离洱海越远,海拔越高,浅层地下水埋深越浅,变幅越小。

灌溉、施肥和浅水埋深对小麦产量和硝态氮淋溶损失的影响

利用ArcGIS9.0软件中嵌套地质统计模块分析河套灌区浅层地下水埋深(2009年)空间分布状况,结合在2010年3-7月间开展的灌溉量、施氮量和浅层地下水埋深对春小麦产量和土壤中硝态氮淋溶损失影响的显著性以及最优组合研究,确定出适用于河套灌区内不同区域的春小麦农业管理的最优综合模式。研究表明,表层(0～80 cm)土壤含水率随着浅水埋深的增大而减小,当浅水埋深≥2.0 m时,在同一浅水埋深水平下灌溉量成为土壤含水率显著影响因子;对春小麦产量影响程度高低是浅水埋深>灌溉量>施氮量,影响显著因子为浅水埋深;对硝态氮淋溶量影响程度高低是灌溉量>施氮量>浅水埋深;灌溉量对硝态氮淋溶影响呈极显著性,施氮量对其影响呈显著性,而浅水埋深起到辅助作用。灌区年均浅层地下水埋深主要有3个阈值:1.25～1.75、1.75～2.25和2.25～3.00 m。在灌区内浅水埋深不同区域内(1.5、2.0和2.5 m)时,三因素最优综合组分别为灌溉量(280 mm)+施肥量(尿素150 kg.hm-2,二铵165 kg/hm2)、灌溉量(320 mm)+施肥量(尿素150 kg/hm2,二铵165 kg/hm2)和灌溉量(360 mm)+施肥量(尿素255 kg/hm2,二铵375 kg/hm2)。

浅埋深黏土包气带氮迁移转化原位实验研究

通过原位实验,对浅埋深黏土包气带中氮的迁移转化开展研究.结果表明,实测地下水埋深介于145.9~173.6cm,地下水毛细上升高度计算值可达297.0cm,土壤含水率除表层外介于0.30~0.45cm^(3)/cm^(3);NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N在地面以下155cm含量最高为1.43,23.00mg/kg,超出背景值1.13,21.05mg/kg;包气带含水率近饱和条件下,粘土对氮污染物迁移阻滞作用减弱,NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N在1d内自地表迁移至155cm.浅埋深地下水减弱了黏土对氮污染物运移的阻滞作用.浅埋深地下水减弱了黏土对氮污染物运移的阻滞作用.

利用灰色关联度确定灌溉取用地下水的方式

针对平原区灌溉方式以浅层和深层地下水为主,以华北平原河北省献县为例,利用灰色关联度分析,得到年降雨量和浅层、深层地下水埋深的关联系数,最终确定献县区域开采地下水以深层地下水为主。

新疆阿图什市地下水利用潜力分析

阿图什市地处塔里木盆地西南缘,生态环境较为脆弱。社会经济的快速发展,阿图什市的水资源供需矛盾日渐显现,通过对阿图什市水资源及其利用分析以及区域地下水埋深分析,得出阿图什市地下水还有一定的开采潜力。地下水合理利用不仅对阿图什市具有增加水量作用而且还有治理和减轻区域盐碱化危害作用。

基于灰色关联度分析献县灌溉取用地下水的方式

针对平原区灌溉方式以浅层水和深层地下水为主,以华北平原献县为例,利用灰色关联分析,得到年降雨量和浅层、深层地下水埋深的关联系数,最终确定献县区域开采地下水以深层地下水为主。

浅埋条件下天然羊草群落生育期蒸散量的计算方法

该文以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤-水分-大气-作物系统模拟模型(SWAP模型)为基础,模拟计算浑善达克沙地地下水浅埋区天然羊草群落生育期蒸散量。为了确保模拟精度,首先在2003年野外试验以及室内试验所得的土壤水分数据基础上,利用2005年实测气象资料及作物指标,以2005年实测的土层剖面水分数据,对SWAP模型的参数进行率定,得到适合当地条件的模型参数;然后用2006年的数据对选定的模型参数进行检验和确定。结果表明:SWAP模型有良好的精度,可用于模拟地下水浅埋区蒸散量。

滹沱河流域平原浅层地下水演变时代特征研究

滹沱河流域是华北平原浅层地下水超采的典型区域,本文通过整理分析区域内布控的地下水位监测点长系列实际观测数据,对浅层地下水时空规律进行了精细研究,系统总结了50多年来浅层地下水在各个时段的变化和分布状况,并进一步提供不同埋深段的分布面积及随时间的变化状况。在查明浅层地下水埋深的时空演变规律的基础上,揭示了目前研究区浅层地下水埋深整体大幅度下降的区域特征和从西部山前、北部河道带和东部向西南方逐渐增加的分布特征,警示了研究区当前面临的浅层地下水日益衰竭的紧迫现状。

植被过滤带对泥沙和磷削减效率及VFSMOD-W模型模拟

植被过滤带是有效削减面源污染的生态管理措施,其削减效果受很多因素的影响。该文通过植被过滤带试验,探讨不同坡度和浅层地下水埋深对植被过滤带削减地表径流、泥沙和磷的影响,结合VFSMOD-W模型和简单磷运移经验模型评估污染物在植被过滤带的传输。结果表明,植被过滤带对地表径流、泥沙和TP的削减效率范围分别为25%~72%、43%~82%和39%~80%。在同一浅层地下水埋深条件下,当过滤带坡度分别为2%、5%和15%时,坡度越缓,植被过滤带削减效率越高。在同一坡度条件下,当浅层地下水埋深分别为0.08、0.22和0.36 m时,浅层地下水埋深越深,植被过滤带的削减效率越高。VFSMOD-W模型模拟结果显示,该模型能够较好地模拟地表径流和泥沙在植被过滤带的传输。VFSMOD-W模型结合简单磷运移经验模型对削减效果进行模拟评估,发现整体拟合效果较好(C_(eff)>0.85)。VFSMOD-W能较好地用于预测地表径流、泥沙和磷在植被过滤带的传输。

河套灌区土壤水盐和作物生长的HYDRUS-EPIC模型分布式模拟

土壤水盐是影响干旱灌区作物产量的主要因素。分布式模型可综合考虑土壤、水文和气象因子在灌区的时空变异特征，为评估区域尺度土壤水盐与作物生长状况提供有效工具。该文以河套灌区解放闸灌域为研究区，根据气象-土壤-作物-灌溉等因子的空间分布特征进行均质单元划分，建立基于一维农业水文模型 HYDRUS-EPIC 的灌区尺度分布式模型。利用2012年和2013年定点观测数据（土壤水分、盐分、叶面积指数和作物产量）进行模型率定与验证；进一步应用模型以求探明现状灌溉条件下研究区土壤水盐与作物生长状况及存在的问题。结果表明：生育期内灌区根区土壤（0～100 cm）有效饱和度为0.44～0.90，基本满足作物耗水需求；根区土壤溶液平均盐分浓度为3.1～13.5 g/L，相应地作物的相对产量为0.35～1.33，土壤盐分过高成为限制研究区作物产量的主因。为调控根区土壤水盐状况，对地下水深埋区（东北部）需进行灌水量的适宜补充，宜将浅埋区（西北、西南等）地下水平均埋深控制在1.3 m以下。