旋转喷头的水压周期控制与非圆形灌域的实现

为了实现旋转喷头的任意形状喷灌域,本文将圆形域等分为n个扇形,然后分别控制各扇形的半径ri,可得到n个半径大小不同的扇形域,由这些大小不同的扇形域构成任意形状喷灌域。为此,在不同的扇形域内,采用不同的水泵转速ω实现各扇形域内的不同水压p和不同的喷射半径ri。为了实现喷灌精度的控制,采用了负反馈闭环控制技术,通过对喷射距离L检测来调节水泵转速ω以改变水压Pi最终获得较精确的喷射半径ri或喷灌域。

河套灌区乌拉特灌域春季土壤盐碱化空间分布特征

盐碱化状况是干旱区灌区水盐合理调控及水土资源合理利用的基础。为掌握内蒙古河套灌区下游乌拉特灌域春季耕地土壤盐碱化状况的空间分布,通过野外调查采样和实验室检测,对0~20 cm和20~40 cm土层中的全盐量(Total Salt,TS)、pH值、CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)+Na^(+)含量、交换性Na^(+)含量、阳离子交换量(Cation Exchange Capacity,CEC)、碱化度(Exchangeable Sodium Percentage,ESP)等反映土壤盐碱化特征的指标进行了测定和计算,采用经典统计学、地统计学和多指标综合评价方法对土壤盐碱化指标的空间分布特征进行分析。结果表明:1)0~20 cm土层中的TS含量更大一些,可溶性盐分离子主要以HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、Na^(+)为主。HCO_(3)^(-)、CEC、交换性Na^(+)和ESP的变异系数在10%~100%之间,属于中等变异,其中交换性Na^(+)和ESP的变异系数接近100%;TS、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和Na^(+)的变异系数均大于100%,属于强变异。2)土壤pH、TS和ESP的空间分布规律基本一致,在东西方向上,各指标西部低,东部高;在南北方向上,中间低,南、北两侧高。土壤pH值基本在7.5~8.5之间,从TS空间分布来看,灌域内有32%的土壤存在盐渍化问题,且以轻度盐渍化土为主,约占26%;从ESP分布来看,有97%的土壤存在碱化问题,其中轻度碱化土约占40%,中度碱化土和碱土均约占23%。因此灌域内土壤碱化问题比盐化问题更为突出。3)通过因子分析得出TS、Cl^(-)、Na^(+)、交换性Na^(+)、ESP和CEC是乌拉特灌域土壤盐碱化程度的主要影响因子,公因子综合得分值在-0.78~3.38之间,公因子综合得分能排除指标间个体差异,比较客观地评价土壤盐碱化整体水平。

内蒙古河套灌区土壤性质空间变异性分析——以解放闸灌域和永济灌域为例

以河套灌区解放闸灌域和永济灌域中的田间土壤粒径、含水率及电导率为研究对象,探究灌域土壤性质的空间变异性。对研究区田间土壤进行采样,运用经典统计学与地统计学方法对土壤性质的空间变异性和分布规律进行研究。结果表明:研究区内土壤粒径、含水率、电导率的变异系数介于10%~100%之间,属于中度变异;研究区内土质以壤土和粉砂壤土为主,占研究区总面积的72%~76%,秋季土质多样性高于春季;不同土壤质地下含水率和电导率的空间变异性不同,其中壤土的土壤含水率空间变化最大,壤土和粉砂壤土的电导率空间变化最大。解放闸灌域和永济灌域土壤性质的空间变异程度为中等变异。

内蒙古河套灌区沈乌灌域生态系统健康评价和时空变化分析

基于生态健康理论和景观生态学理论,使用土地利用和遥感数据,采用空间自相关分析和空间关联规则挖掘方法,分析内蒙古河套灌区沈乌灌域2000—2015年生态系统健康的时空变化。结果表明:2000—2015年沈乌灌域生态系统健康水平呈先缓慢提高、再迅速提高的态势,这与该区域土地利用结构变化由沙地转变为耕地、草地和林地以及由建设用地转变为耕地和草地密切相关。2000,2015年的Moran's I分别为0.627,0.606,空间集聚现象显著,高生态健康区分布在西部、中部和东部呈南北走向的水域湿地范围内,低生态健康区主要分布在北部、中部和南部的沙地以及东南角的城镇建成区。2000—2015年区域生态健康空间格局未发生显著变化。干渠近距离范围内基本不存在低生态健康区,区域内的灌溉设施对生态健康格局有重要影响。

内蒙古义长灌域土壤盐分变化特征分析

土壤盐渍化是影响作物产量与制约农业发展的重要因素.本文根据义长灌域2012年5-12月份的野外实测资料,分析了试验区土壤含盐量在垂向剖面上的分布特征和变化规律;研究了地下水埋深和矿化度季节性变化规律及其对土壤盐分运移的影响.研究结果表明:强烈的蒸发促进盐分向土表运移,随土层深度的增加,土壤含盐量呈降低趋势;土壤积盐脱盐交替频繁,交替周期与灌水周期相对应;地下水埋深受灌排系统影响较大,作物生育期内地下水矿化度无较大波动;由于土壤盐分运移受多种因素影响,在野外试验条件下,单一因素如地下水埋深或地下水矿化度与土壤盐分运移的关系不显著.研究结果可为义长灌域土壤盐渍化防治与水土利用提供理论依据.

解放闸灌域农田耗水时空变化特征及灌溉效率评价

根据内蒙古自治区河套灌区解放闸灌域多年遥感蒸散发数据(2000-2014年),分析了农田实际蒸散发年际变化、空间分布特征以及其与地下水埋深的相关性。结合水量平衡模型对灌域灌溉用水效率进行了评价,同时对大型灌区续建配套及节水改造以来灌域水循环要素年际变化进行了统计分析。结果表明:解放闸灌域农田蒸散发量年际变化呈增加趋势,多年平均蒸散发量为8.56亿m^3(597.30mm);2000、2003、2006、2009、2012和2014年农田蒸散在空间上表现为西部和东北部区域高于其他区域,其空间差异性并未随时间发生明显变化,与地下水埋深空间分布特征相似,蒸散发高值区域发生在地下水埋深较浅区域,潜水蒸发对农田蒸散发量影响不可忽视。节水改造实施以来,灌域净灌溉引水量有所减少,灌溉水利用系数得到提高,地下水位由1.76m降到2.16m,由此表明了节水改造对该地区生态环境改变的积极影响。

河套灌区义长灌域耗水机制分析

目前黄河流域自然环境脆弱 ,水资源匮乏 ,但同时存在耗水机理不清、水的利用率低等许多问题。选择引黄灌区内蒙古河套灌区中的典型灌域—义长灌域 ,深入研究了区域水平衡和耗水机制 ,为沿黄灌区水资源的高效利用提供参考。

内蒙古义长灌域近20年地下水均衡分析

选择义长灌域作为研究区,根据水量平衡原理,定量分析了1991—2010年灌域地下水各均衡要素的变化情况,评价了节水改造对地下水的影响.结果显示,节水改造工程实施后,地下水补给量平均减少了5 100万m3.a-1,地下水消耗量平均减少了4 390万m3.a-1,地下水位降低了0.74m.

河套灌区解放闸灌域盐荒地积盐量分析

以解放闸灌域为背景对盐荒地水分和盐分的变化展开研究.在田间试验的基础上,通过遥感技术对TM数据解译统计盐荒地面积,利用HYDRUS-1D模型对盐荒地土壤盐分的积聚量与流失量进行了模拟和分析.结果表明,盐分在表层土壤中积聚,解放闸灌域总面积为2 156.47km2,盐荒地达到了总面积的16.32%.灌域盐荒地1 m深土壤层中,在作物生育期积聚盐量为1.03×107kg,在秋浇期流失盐量为9.60×106kg,占积盐量的93.01%;年度积盐量为7.20×105kg,占积盐量的6.99%.经检验,HYDRUS-1D模型对土壤水分和盐分在垂直方向运移的模拟具有较高精度,反映出盐分积聚和流失规律.盐荒地盐分的积聚与流失对灌区盐分具有重要调节作用,可为灌区水盐运移的研究提供科学依据.

河套灌区解放闸灌域地下水数值模拟

应用MODFLOW软件,模拟分析了解放闸灌域地下水动态的变化特征,模拟结果表明河套灌区引黄水量减小到40亿m3后,在现有耗水结构条件下,解放闸灌域地下水位6年后的降幅为0.5 m左右,而12年后降幅为1m左右,且下降主要发生在中部和东北部地区,南部相对较小。为解放闸灌域治理土壤盐碱化,合理利用地下水资源提供重要的参考依据。

河套灌区永济灌域地下水数值模拟

以内蒙古河套灌区永济灌域为研究对象,采用Visual Modflow软件建立了地下水三维非稳定流模型,运用手动调参和Pest模块调参相结合进行参数率定,选取的14口观测井的观测值和模拟值趋于一致,表明本文率定的参数合理,具有较高的精度。利用该模型模拟了不同开采方案下的地下水埋深变化,同一开采条件下,灌区南部地下水位埋深下降相对北部和中部较小,可适当加大南部的地下水开采量来减少引黄灌溉,该模拟结果存在一定的实用价值。

义长灌域耕地土壤盐碱化评价指标分析研究

为了摸清义长灌域耕地土壤的盐碱化分布情况,采用网格法确定了102个采样点位,测定了采样点位土壤的pH值、全盐量、八大离子、交换性钠、阳离子交换总量等盐碱化指标,以土壤全盐量、总碱度、碱化度和钠吸附比为评价指标对土壤的盐碱化程度进行了分析,并对各盐碱化指标的相关关系进行了分析。结果表明:表征土壤盐碱化特征的pH值、碱化度、全盐量、总碱度和钠吸附比5个指标之间存在显著的线性相关关系,尤其是pH值与总碱度、钠吸附比与全盐量、碱化度与全盐量、钠吸附比与碱化度存在很显著的线性相关关系。进一步对5个评价指标主成分分析表明,可以用pH值作为初步判别土壤酸碱性的依据,碱化度、钠吸附比和全盐量作为进一步评价土壤盐碱化程度的综合指标。

乌拉特灌域表层土壤盐分空间变异及季节性分布特征

为揭示乌拉特灌域土壤盐分的时空变化特征,明确影响土壤盐渍化的主导因子,运用主成分分析和Kriging插值法,分析研究区0-40 cm土层土壤pH、全盐量及盐基离子的季节性变化特征及空间分布。结果表明:研究区土壤主要为轻中度盐化土,春夏秋季土壤全盐量平均值在2 g/kg以上,属于中度盐化土;0-20cm土层土壤全盐量比20-40 cm土层土壤高0.807 g/kg,是盐分的积累层。土壤阳离子以K^(+)+Na^(+)为主,阴离子以SO_(4)^(2-)和Cl^(-)为主。各层土壤盐基离子表现为春季>秋季>夏季;阳离子Mg^(2+)、K^(+)+Na^(+)和Ca^(2+)的变异系数在99.73%-191.20%之间,具有较强的变异性;阴离子中SO_(4)^(2-)和Cl^(-)变异系数在116.75%-193.78%之间,表现出极强的变异性;HCO_(3)^(-)在春夏秋季变异系数均介于10%-100%之间,属中等变异。主成分分析表明,全盐量、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、K^(+)+Na^(+)在第一主成分上的因子载荷较大,与土壤盐渍化关系密切;pH和HCO_(3)^(-)在第二主成分相对其他因子的载荷较高,说明第二主成分主要影响土壤的碱度,表征土壤碱性特征。0-40cm土层非盐化土占研究区面积的0.1%左右;春夏秋季轻中度盐化土面积最大,占总面积的75%以上,4与10月在研究区东部存在少量轻度盐化土,且10月(341.1 km^(2))大于4月(147.8 km^(2)),7月的轻度盐化土面积为761.3 km^(2)。因此,确定土壤盐渍化主导因子及其时空分布特征可为乌拉特灌域土壤盐渍化治理和土地资源可持续利用提供理论依据。

内蒙古河套灌区解放闸灌域水循环要素特征分析——基于干旱区平原绿洲耗散型水文模型

以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,用干旱区平原绿洲耗散型水文模型对水循环要素进行定量模拟,分析水循环特征,进行定量的耗水分析,旨在为该地区节水改造工作提供基础数据参考。通过模拟结果分析,得出结论如下:研究区补给水量主要是黄河引水,消耗水量主要是作物腾发;地下水补给主要是渠道渗漏,应继续加大渠道衬砌力度,提高渠系水利用系数;随着补给水量的减少,消耗水量也跟着减少;消耗水量中作物腾发受补给水量的影响较大,其它水量消耗要素受补给水量影响不明显,在进行节水改造时要充分考虑作物生理和生态的基本需水要求。

河套沈乌灌域遥感耕地面积变化

以河套灌区沈乌灌域为例,以2012年的RapidEye和2016年Landsat8OLI遥感影像为数据来源,在实地调查的基础上,利用监督分类(SVM)和目视解译方法,提取了2012年和2016年沈乌灌域的耕地面积。结合目视解译结果,运用随机验证点对解译结果进行了验证,运用正确率(用户精度)、完整率(生产者精度)和整体精度(提取耕地面积与实际面积的比值)3个指标对提取结果进行了评价。验证结果显示,2012年监督分类精度的3个指标正确率、完整率以及整体精度分别为81.96%、77.12%和94.10%,2016年分别为91.97%、71.39%和91.78%。结果表明:通过遥感开展灌区耕地面积变化研究具有很高的精度和时效性;相较于2012年,沈乌灌域2016年耕地面积增加了0.648万hm^2,新增面积为2012年的12.8%;地下水位的变化与耕地面积变化关系密切,地下水位下降改善了土壤环境,促进了耕地面积的增加。

乌兰布和灌域灌溉用水户水权交易价格探讨

灌溉用水户水权交易作为水权交易的一种最普遍形式,其难点在于确定交易价格。实践中灌溉用水户水权交易价格以双方协商定价为主,个别地区政府对交易价格做了约束,但尚未形成合理的定价机制。开展灌溉用水户水权交易价格研究,提出既能够体现水资源稀缺性又有利于推动水权交易实施的价格,对于完善灌区水资源配置、提高灌溉用水效率十分重要。以河套灌区乌兰布和灌域典型区为研究对象,采用水费承受能力指数分析法确定灌溉用水户水价经济承受能力,并以此作为交易建议上限水价;以资源水价、工程水价和环境水价组成的基础水价为交易理论下限水价,结合研究区现行水价制度及实际管理经验,提出交易建议下限水价。研究得出:研究区灌溉用水户水权交易建议上限水价为0.343元/m^(3),建议下限水价为0.112元/m^(3)。

三湖河灌域富水岩层顶板及含水层底板高程的*估值研究

【目的】运用地质统计学理论,对三湖河灌域的富水岩层顶板及含水层底板高程进行空间变异性分析。【方法】在实测36个已知信息点的基础上,运用普通克立格法(OK法)对未知点处的富水岩层顶板及含水层底板高程进行估值。【结果】在已知信息值和估计值的基础上,绘制了研究区富水岩层顶板与含水层底板高程空间三维分布图。【结论】将地质统计学理论运用到水文地质领域,对三湖河灌域未知点处的富水岩层顶板及含水层底板高程进行估值,可以弥补由于采样困难而引起的实测数据不足的弊端。

沈乌灌域天然湖泊非冰封期水质阶段性评价与分析

沈乌灌域湖泊水质状况对灌域生态环境有着重要影响。【目的】揭示沈乌灌域内天然湖泊水质状况,阐明节水改造工程实施和特殊的灌溉制度对湖泊水质变化的影响。【方法】针对沈乌灌域8个典型天然湖泊2016─2017年非冰封期(3─11月)水质监测数据,借助SPSS软件,采用主成分分析方法,选取CODMn、NH3-N、TN、TP、DO 5个因子作为评价指标,对研究对象进行了水质评价并对其水质变化原因进行了阐述。【结果】沈乌灌域8个典型湖泊水质在非冰封期处于动态变化,3─5月水质较好,一般能达到Ⅲ类水质,6─9月水质处于波动期,介于Ⅲ～Ⅴ类,10─11月水质开始好转,水质最差通常出现在8月与9月。【结论】8个典型湖泊其水质随时间波动较大,在节水改造工程实施年份,节水改造工程附近的湖泊水质有所降低,氮素是影响湖泊水质的主要因素。

乌拉特灌域地下水水化学离子特征评价及来源分析

为探究盐渍化种植区农田地下水主要化学组成及来源,保证灌溉用水安全、实现水资源合理利用,选取乌拉特灌域为研究对象,对其地下水进行系统取样及分析,综合运用描述性统计分析、克里金空间插值、Piper三线图、综合危害指数评价、pearson相关系数法、离子比例系数及Gibbs图等方法,对乌拉特灌域地下水化学组分的含量、分布、组成、来源进行综合分析及评价,结果表明:①乌拉特灌域阴、阳离子含量特征分别为Cl^->HCO3^->SO4^2-、Na^++K^+>Ca2+>Mg^2+,SO4^2-、Na^+、Cl^-空间变异最明显,受环境影响较大且含量较高,是决定地下水盐化的主要影响因子。②研究区地下水整体呈弱碱性,部分地区pH出现点状高值区,主要由于人类活动空间差异导致,TDS呈块状分布,空间变异性较大,西南部受深层盐卤水上涌影响,TDS值明显高于其他地区。③灌域地下水主要水化学类型是Na^++Mg^2++HCO3^-+Cl^-型,且研究区地下水超过70%属于综合危害系数法评价的四级水质,用于灌溉时需适量,否则容易导致土壤盐碱化。Piper三线图结合舒卡列夫分类法使用,能有效弥补其不足之处,在弄清离子组成结构的同时,使化学组成类型清晰明了。④灌域地下水主要受人类活动及蒸发作用的影响;TDS及pH值的大小是影响离子浓度的重要因素,当地下水中pH及TDS满足一定条件时,会产生CaCO3沉淀及CaMg(CO3)2沉淀使离子含量发生变化;当TDS<2 000 mg/L时,促使Na^+的水解使其含量增大,反之其变化则相反。

基于SEBAL模型的河套灌区永济灌域蒸散发估算及其变化特征

蒸散发是水文循环和能量循环中的关键环节,蒸散发的准确估算对农业用水调度和水资源的管理至关重要。为探索基于遥感技术建立快捷估算区域蒸散发的方法,选取河套灌区永济灌域为研究区,利用Landsat遥感影像和土地利用分类结果,基于SEBAL模型,对永济灌域2019年生长季的日蒸散量进行估算,分析研究区蒸散发时空变化特征以及不同土地类型蒸散发的差异。结果表明:①SEBAL模型估算结果与FAO P-M公式相比,决定系数R 2为0.94,均方根误差RMSE为0.43 mm/d,相对误差MRE为8.62%,模型反演精度较高,可以为研究区提供合理的蒸散发估算;②永济灌域生长季内日均蒸散量呈单峰变化趋势,最大值为7月的4.56 mm/d,最小值为10月的1.87 mm/d,并存在明显的空间分布差异;③不同土地利用类型的日蒸散量大小依次为:水体>耕地>城乡用地>草地>荒地。基于SEBAL模型估算区域的蒸散量,可为灌区水资源的节约利用提供参考。