江苏省冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

为实现江苏省冬小麦科学灌溉、提高农业用水效率,明晰江苏省冬小麦需水量及气候影响因素的时空变化特征,为全省冬小麦灌溉管理及农业水资源高效利用提供科技支撑,基于江苏省共计12个地区2013-2022年冬小麦季相关气象资料,通过Penman-Montieth法计算近十年来江苏省冬小麦需水量,并利用Pearson相关分析法对近十年江苏省冬小麦需水量时空变化特征、需水特性以及气象影响因素进行了分析。近十年间江苏省年平均气温、日平均湿度、地表温度、降水量、蒸发量、平均日照时数均呈总体上升趋势,太阳总辐射量呈减小趋势。近十年来江苏省冬小麦本田期的需水量平均值为451.82~692.50 mm,年际变化范围在540.19~646.70 mm,不同年份间呈现减小的趋势,空间上则呈现由西北向东南递减的趋势。江苏省大部分地区冬小麦需水强度最小值出现在1月,5-6月抽穗期与灌浆期需水强度最大。江苏省冬小麦全生育期需水量与年均降雨量、日均湿度之间存在负相关关系,与年均水面蒸发量、年均日照时数、年平均气温间存在正相关关系,这其中以日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温对冬小麦需水量的影响最为明显。并且,近十年冬小麦全生育期需水量的总体下降趋势可能是由于其与日均湿度明显更高的负相关性所导致。总之,近十年来江苏省冬小麦需水量逐年有下降趋势,且由西北向东南递减,此外全省日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温是近年来冬小麦需水量变化的主要影响因素。

1958—2017年江西省水稻需水量与有效降雨量耦合关系分析

基于江西省15个气象站点1958—2017年逐日气象数据,利用Penman-Monteith方法、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率和ArGIS空间插值分析等方法,分析了早稻和晚稻生育期内有效降雨量(P_(e))、需水量(ET_(c))及需水量与有效降雨量耦合度(λ)时空分布特征。结果表明:江西省早稻和晚稻生育期内平均有效降雨量分别为186.69和119.26 mm,早稻和晚稻有效降雨量分别以1.00和1.31 mm/10a的平均速度增加,赣北有效降雨量及其上升趋势均大于赣南;早稻和晚稻生育期多年平均需水量分别为335.77和381.20 mm,早稻和晚稻需水量最大值均出现在赣州、吉安站附近区域,最小值均出现在庐山、修水站附近区域,早稻需水量和晚稻需水量变化趋势分别为-3.09和-7.95 mm/10a;早稻和晚稻需水量与有效降雨量耦合度多年平均值分别为0.57和0.33,早稻和晚稻耦合度均以0.01/10a呈不显著增加趋势。早稻和晚稻耦合度最大值均出现在庐山站,早稻和晚稻耦合度较小值均在赣州、吉安、南昌和波阳站,总体上,早、晚稻耦合度及耦合度倾向率均为赣北大于赣南,赣南地区水稻缺水情况比赣北更严重,尤其要关注赣南地区晚稻缺水情况,并做好水资源规划及制定灌溉措施。

兰州市南北两山土壤水分遥感反演及植被需水量估算

探究西北干旱区土壤水分和植被需水量动态变化特征,可为生态恢复不同阶段所需水资源量及水资源优化配置提供科学依据。以兰州市南北两山为研究区,基于Sentinel-2 L2A和Landsat 8 OLI遥感影像,结合实测土壤0~10 cm的111个数据,分别构建垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI)、改进型垂直干旱指数(Modified Perpendicular Drought Index,MPDI)和植被调整垂直干旱指数(Vegetation-adjusted Perpendicular Drought Index,VAPDI)土壤水分反演模型,并采用4种模型指标定量决定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)、均方根误差(RMSE)对模型反演的效果进行精度评价,选出最优的土壤水分反演模型并结合土壤水分限制系数,与研究区2019年林地、草地和耕地植被面积的空间数据、各站点生长季内的参考作物蒸散量,构建植被生态需水量模型,厘清研究区内土壤水分、植被需水量时空变化特征。结果表明:(1)2种数据源下的PDI、MPDI、VAPDI和实测数据之间均有着不同程度的线性负相关性,其中R^(2)分别为0.37、0.64和0.59,从评价指标的结果来看,MPDI的土壤水分回归模型的拟合决定系数最高,2种遥感数据反演的土壤水分空间分布格局具有一致性。(2)分辨率高的Sentinel-2L2A土壤水分反演更加精细,土壤水分整体呈波动增长趋势,多时段土壤水分的平均值为23.27%,呈现出降低再增加然后下降,总体增幅为74.07%。(3)兰州市南北两山4—10月植被需水量月均值也呈现先增加后下降的趋势,与土壤水分含量变化具有一致性,4—10月中7月植被需水量最大,为3.98×10^(7)m^(3),10月植被生态需水量最小,为0.97×10^(7)m^(3)。随着环境绿化工程的实施,兰州市南北两山从只能生长耐旱草本和低矮灌木的植物,逐步形成以多种类结合的群落结构。本研究可为兰州市南北两山土壤水资源合理利用及植被恢复提供参考。

基于主要驱动因子筛选法和深度学习算法的浙江省动态需水量预测

收集了浙江省2000—2020年各用水行业需水量数据,采用基于Spearman秩相关分析的主要驱动因子筛选法筛选了影响各行业需水量的主要驱动因子,进而构造了改进的长短时记忆(LSTM)神经网络需水量预测模型,对各行业需水量进行动态滚动预测,并将改进LSTM模型的预测结果与传统单变量LSTM预测模型、卷积神经网络模型、支持向量回归模型的预测结果进行了对比。结果表明,基于主要驱动因子筛选法改进的LSTM模型能实时动态滚动预测各行业每年需水量,且预测结果精度高于其他3种模型。

有机肥施用量对酿酒葡萄品质形成关键时期需水量的影响研究

对不同有机肥施用量条件下酿酒葡萄品质形成关键时期需水量进行分析,探讨有机肥施用量与水分需求的关系,为制定科学高效的酿酒葡萄供水策略提供理论支撑。研究表明,有机肥适量配施有助于提升酿酒葡萄土壤贮水保墒性能,液体纳米有机肥对于土壤表层(0~20 cm)的含水率增加明显,T2、T3处理果实膨大期与转色期增加最为明显,相较于CK分别增加了70.77%、28.60%;不同土层土壤总贮水量,T1处理在果实膨大期具有较好的土壤贮水性能,T2处理在果实转色期土壤总贮水量较为丰富,相较于CK,分别增加14.85%与52.19%。通过Penman-Monteith公式和田间水量平衡法计算分析,T1处理酿酒葡萄果实膨大期与T2处理果实转色期均存在进一步节水的潜力。

阳光玫瑰葡萄需水量及耗水规律研究

为了明确阳光玫瑰葡萄生长期的需水量,为葡萄园节水灌溉提供理论依据,以阳光玫瑰葡萄为研究对象,通过调查生产上有效降雨量,计算水分盈亏量,在水分盈亏量的基础上设计3个灌水量处理(1 500、2 250、3 000 m^(3)/hm^(2)),研究不同灌水量对葡萄叶水势、树冠覆盖率、叶面积系数、果实品质和耗水特性的影响,确定葡萄需水量,并揭示其耗水规律。结果表明:在2 250、3 000 m^(3)/hm^(2)灌水量处理下,果实可溶性糖含量、可溶性固形物含量、固酸比均无显著性差异,但均显著高于1 500 m^(3)/hm^(2)灌水量处理;在2 250 m^(3)/hm^(2)灌水量下既不影响果实品质,又能节水;不同灌水量下葡萄耗水规律为果实膨大期>果实成熟期>新梢生长期>花期。综上,阳光玫瑰葡萄生长期总需水量为5 539 m^(3)/hm^(2)。

晋北紫花苜蓿需水量对气候变化的响应

【目的】分析晋北紫花苜蓿需水量对气候变化的响应。【方法】基于彭曼-蒙特斯公式,利用1972—2019年晋北6个气象站的气象观测资料和紫花苜蓿生育期资料,对晋北典型牧草种植区的紫花苜蓿需水量进行估算,探讨气候变化对紫花苜蓿需水量的影响。【结果】紫花苜蓿需水量最大的地区主要集中在怀仁市和山阴县,其次为应县、平鲁区、朔城区;右玉县需水量最小。晋北紫花苜蓿生长季需水量呈减少趋势,紫花苜蓿生长季多年平均需水量为751 mm,平均每10 a下降11 mm。【结论】紫花苜蓿需水量的下降主要是由风速、日照时间的变化共同导致。气候变暖会增加紫花苜蓿需水量,不同区域的需水量变化不同,未来气温变暖可能对山区、气温较低地区的紫花苜蓿需水量影响最为显著。

运城市主要粮食作物灌溉需水量时空变化研究

明确运城市主要粮食作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律,为未来该市灌溉用水的科学配置提供基本参数。基于运城市域内13个气象站点的长期观测资料,利用Penman-Monteith公式确定参考作物蒸散量,结合有效降雨量和作物系数等参数,计算分析了运城市近50 a冬小麦与夏玉米的灌溉需水量及其时空变化特征。结果表明:在研究时段内,冬小麦和夏玉米年灌溉需水量整体均呈现波动式降低的变化趋势,整体降低幅度分别为-0.7和-2.1 mm/(10 a)。冬小麦在4月和5月的灌溉需水量较多,分别为80.5 mm和108.4 mm;夏玉米则为8月份的灌溉需水量最大,约为85.3 mm。冬小麦和夏玉米全生育期的平均灌溉需水量都呈现从东向西逐渐递增的趋势,冬小麦灌溉需水量的变化范围处于283.6~336.8 mm,夏玉米则为165.4~253.9 mm。相关分析结果表明,水汽压差与太阳辐射对运城市冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响较大。运城市冬小麦与夏玉米灌溉需水量在时间上呈波动降低趋势,在空间上则由东向西逐步递增;气温与降水的变化趋势显示运城市的气候正在朝暖湿化方向发展,未来灌溉方案的制定与优化应当予以充分考虑。

基于径向基神经网络预测日参考作物需水量

为了利用有限的气象数据准确预测蓄水坑灌果园的日参考作物需水量,利用蓄水坑灌试验基地逐日温度与湿度数据,构建了基于径向基神经网络的ET0预测模型,并将其模拟结果及Hargreaves、Priestley-Taylor两种常用ET0计算模型的计算结果同FAO-56 Penman-Monteith(FAO56-PM)公式计算的标准值进行对比。结果表明:径向基神经网络预测模型的模拟结果与标准方法FAO56-PM公式的计算结果最接近,而Hargreaves、Priestley-Taylor两个常用计算模型的计算结果比标准值偏大,在实际应用中应对其进行校正。

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。

基于CIWOA-BP和灰色置信区间的银川市需水量预测模型

需水量预测是水资源科学配置和调度的基础,为提高其合理性,针对需水量变化的波动、不确定性特点,提出一种改进鲸鱼算法(CIWOA)优化BP神经网络与灰色置信区间估计相结合的需水量区间预测模型。利用灰色关联分析筛选需水量影响因子,输入CUBIC混沌映射和自适应权重改进的鲸鱼算法优化BP模型(CIWOA-BP),结合灰色置信区间估计建立组合区间预测模型,对银川市需水量进行模拟预测。结果表明:CIWOA-BP模型预测精度高于普通鲸鱼算法优化BP模型(WOA-BP)、遗传算法优化BP模型(GA-BP);CIWOA-BP模型与灰色置信区间的组合模型优于其与BOOTSTRAP区间估计组合,在置信度90%时需水量区间预测合理、可靠。

宁夏地区春玉米灌溉需水量特征研究

【目的】提高宁夏地区春玉米的灌溉效率,优化农业资源配置。【方法】依据宁夏地区11个站点1960-2019年的气象资料,确定宁夏地区年际及春玉米生育期不同水文年型的有效降雨量;然后,利用ET 0 Calculator软件计算参考作物腾发量,并结合作物系数法计算作物需水量,求得宁夏地区年际及不同水文年型下春玉米各生育期的作物需水量、灌溉需水量、耦合度和水分盈亏指数。【结果】1960-2019年间,宁夏地区年有效降雨量波动较大(158.5~424.2 mm),北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米生育期有效降雨量分别为123.9,205.4和334.4 mm。宁夏全区春玉米生育期需水量为482.0~690.7 mm,其中南部山区和中部干旱带春玉米需水量有降低趋势,而北部引黄灌区有增大趋势。北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米灌溉需水量分别为566.8,413.0和147.6 mm;在枯水年、平水年和丰水年宁夏全区春玉米灌溉需水量分别为448.5,378.9和317.0 mm。南部山区降雨对作物需水量的满足程度最高,耦合度为0.70,是北部引黄灌区的3.89倍。【结论】宁夏南部山区应以集雨技术为基础发展雨养玉米种植;北部引黄灌区和中部干旱带需要大力发展节水灌溉,其中在北部引黄灌区春玉米大喇叭口期、抽雄期和乳熟期需要分别补灌87.2,79.6和275.6 mm,在中部干旱带需要分别补灌65.7,62.4和212.8 mm。

中国西北旱区加工番茄需水量时空变异特征研究

【目的】探究中国西北旱区加工番茄需水量的时空变异特征。【方法】根据西北旱区40个典型气象站点1985—2014年气象资料,基于作物系数法和水量平衡原理,计算并分析了研究区加工番茄不同生育阶段及全生育期实际腾发量(ET_(c))和灌溉需水量(I_(c))时空变异规律。【结果】①西北旱区加工番茄全生育期ET_(c)和I_(c)从西向东大致呈低-高-低的变化特征,新疆东部、甘肃和宁蒙区西北部ET_(c)和I_(c)呈高值,且具有明显的空间差异性;②新疆、甘肃和宁蒙区加工番茄全生育期年均ET_(c)分别为460.98~1202.69、591.14~749.92、530.63~878.66 mm,年均I_(c)分别为187.21~1180.98、508.69~702.97、354.94~851.14 mm;③西北旱区加工番茄全生育期ET_(c)和I_(c)在1985—2014年总体均呈增加趋势(0~30.0 mm/10 a),其中新疆和甘肃地区平均ET_(c)和I_(c)呈显著增加趋势,而宁蒙区平均ET_(c)呈不显著增加趋势,且I_(c)年际间变化趋势不明显。【结论】西北旱区加工番茄生育期ET_(c)和I_(c)呈现强烈的时空变异特征,在气候变化环境下迫切需要大力推进节水灌溉技术、加强水资源优化调配。

基于玉米生育期灌溉需水量的都江堰灌区水资源调控研究

【目的】分析都江堰灌区玉米各生育期灌溉需水量,进行合理的都江堰灌区水资源调控。【方法】收集2000—2015年都江堰灌区8种气象因子,计算2000—2015年玉米生育期需水量、有效降水量、水分盈亏指数和灌溉需水量;利用月灌溉用水量模型,将灌溉用水量在玉米不同生育阶段进行分配,使各分灌区玉米产量最大,确定各分灌区各生育期玉米灌溉用水量。【结果】都江堰灌区玉米多年平均需水量为376 mm,多年平均有效降水量为368mm,多年平均水分盈亏指数为-0.24,灌区玉米全生育期总灌溉用水量为4.2亿m^(3),其中外江灌区为0.3亿m^(3),毗河灌区为0.44亿m^(3),通济堰灌区为0.19亿m^(3),黑龙滩灌区为0.44亿m^(3),人民渠一处灌区为0.96亿m^(3),人民渠二处灌区为1.12亿m^(3),东风渠灌区为0.75亿m^(3)。【结论】都江堰灌区玉米生育期需水量变化不明显。在拔节期、抽雄期、乳雄期,灌溉需水量较大,需要及时补水。部分灌区出现幼苗脱水,需要实行平原丘陵灌区错峰调度,平原直灌区向丘陵灌区输水,丘陵灌区囤蓄水量。

浅析需水量比的影响因素及改进措施

粉煤灰需水量比是评价粉煤灰品质的重要物理指标,直接关系到工程应用的效果。需水量比越小,粉煤灰的品质越高,其减水效果和改善混凝土工作性能的能力也越强。从粉煤灰细度、烧失量与颗粒形态3个方面对粉煤灰需水量比的影响因素进行分析,并提出对应的降低粉煤灰混凝土需水量比的措施,总结降低需水量比对拌合物力学性能的改善效果。得出结论:适当的降低粉煤灰的需水量比可以拥有良好的减水效果,并能制备出高性能的混凝土。

基于定额法和GM(1,1)模型对河南省2030年需水量的预测与情景分析

采用定额法和GM(1,1)模型对河南省2030年的需水量进行预测,并设计了保持现状型、经济发展型、节水型和综合发展型四个发展情景进行分析。结果表明:四种情境下的需水量分别为253.7亿m^(3)、278.5亿m^(3)、220.2亿m^(3)和260.7亿m^(3);农业灌溉用水占全省用水量近55%,提升农业灌溉水的利用效率对改善全省的水资源利用效率有巨大作用,同时,调整产业结构也可以提高水资源利用率;综合考虑四种发展情景,河南省未来的发展趋势应向综合发展型社会靠拢,使经济、环境和社会协同发展;需水量受人口数量、生产总值、产业结构等多种因素的协同影响。

基于水文学法和SWAT模型的北川河流域生态需水量分析

为确定北川河流域生态需水量,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验法、Spearman检验法分析了北川河流域1959—2013年径流变化趋势,并采用Pettitt检验、滑动t检验、滑动F检验和累积距平法综合诊断径流突变点,根据Tennant法和改进的年内同频率展布法确定的生态流量过程外包线计算河道内生态需水量,并基于SWAT模型计算了河道外生态需水量。结果表明:SWAT模型在研究区具有适用性,模型性能符合“好”的标准,SWAT模型模拟的降水量和蒸发量总体呈现增加趋势,产水量呈现减少趋势;北川河流域桥头水文站径流量呈现减少趋势,年平均减少率为0.104 m^(3)/s,径流突变点为1990年;北川河流域河道内生态需水量为2.95亿m^(3),河道外生态需水量为9.95亿~10.85亿m^(3),生态总需水量为12.90亿~13.80亿m^(3)。

1990—2020年黄河源区林地面积与生态需水量的时空变化

【目的】探讨1990—2020年黄河源区林地面积与林地生态需水量的时空变化规律,为黄河源区林地生态需水量的合理调配提供依据。【方法】基于黄河源区1990—2020年的遥感影像数据和野外实测资料,通过目视解译确定黄河源区土地利用类型,通过计算得到林地面积和林地生态需水量数据;采用ArcGIS 10.8绘制林地面积与生态需水量的时空分布图,分别运用Canoco 5.0和SPSS 27作冗余分析和主成分分析。【结果】黄河源区1990—2020年的林地面积变化不大,林地主要分布于黄河源区中东部,以灌木林地为主;林地生态需水量的变化较小,总体上生态需水量表现为西多东少、北多南少。不同类型林地的生态需水量大小表现为灌木林地>有林地>疏林地>其他林地;影响源区生态需水量的最主要指标是斑块周长-面积比(mean perimeter-area ratio,PARA_MN),其次是斑块连通度指数(patch cohesion index,COHESION)。影响黄河源区生态需水量的主要因素为人口数量、经济水平、产业发展结构,自然环境因素的驱动力弱于社会环境因素。【结论】黄河源区1990—2020年林地面积呈小幅下降趋势,林地生态需水量变化不大;黄河源区景观水平多样性较低;黄河源区受人类活动的影响较大。

黑龙江省近60 a玉米需水量时空变化特征分析

作物需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。黑龙江省作为中国重要的商品粮基地,多年来其灌溉水利用效率排名均处在全国中等偏后水平,因此,合理计算和分析作物需水量对提高灌溉水利用效率和粮食产量具有重大意义。基于黑龙江省28个站点1961-2020年气象资料数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式,从玉米年需水量、各生育期需水量以及不同年代各生育期需水量3个视角,分析各需水量的统计特征参数,利用Mann-Kendall检验、滑动t检验和气候倾向率识别其趋势、突变等特征,并用ArcGIS绘制空间分布图,深入研究玉米各生育期需水量的时空变化特征。结果表明:近60 a黑龙江省玉米年需水量均值为477.47 mm,气候倾向率为-23.11~5.62 mm/(10 a),年需水量整体呈下降趋势,其序列在2008年发生突变;近60 a玉米各生育期需水量均值分别为13.96、77.72、74.64、44.60、204.46和62.38 mm,其序列突变发生点不同;玉米各生育期需水量最大值主要出现在20世纪70年代,需水量最小值出现在21世纪初和21世纪10年代;各生育期需水量上升趋势最大主要出现在20世纪70年代和20世纪90年代,而下降趋势最大的主要出现在21世纪初。玉米不同视角下的需水量自西向东总体表现为先减少后增大的趋势,其中抽雄-乳熟期是玉米需水的关键时期。

考虑降雨预报的灌溉模式对水稻产量及需水量的影响

以早稻和晚稻为试验材料,在考虑降雨预报的前提下,研究了智能灌溉和传统淹水灌溉2种模式对水稻的产量指标以及作物需水量的影响。结果表明:智能灌溉模式能够使早稻、晚稻分别节约灌溉水量83.9、119.2 t/hm^(2),减少排水量193.8、35.6 t/hm^(2);智能灌溉模式在降雨频繁时充分满足作物在关键期的需水量,在缺少降雨时可在不影响产量、保证作物的关键期需水的情况下适当降低作物的需水量;智能灌溉模式可使早稻和晚稻的理论产量分别提高284.52、508.84 kg/hm^(2)。综上,在水稻种植过程中,考虑降雨预报的智能灌溉模式能够提高灌溉效率;优化作物的关键期需水量,降低水资源的消耗,减少环境污染,以及实现水稻增产,具有一定的环境和经济效益。