基于作物水分胁迫指数的表层土壤含水率遥感估算

【目的】探究作物水分胁迫指数(CWSI)与表层土壤含水率的空间分布特征,并分析不同下垫面(葵花、夏玉米、春小麦和甜椒)表层土壤含水率的遥感估算精度。【方法】利用MOD16A2遥感数据和气象数据,结合Penman-Monteith(P-M)模型,基于CWSI反演河套灌区解放闸灌域表层土壤含水率,并对不同下垫面的表层土壤含水率进行验证。【结果】CWSI的空间分布与表层土壤含水率相反,CWSI大的区域,表层土壤含水率小;春小麦下垫面遥感估算的表层土壤含水率效果较好,决定系数(R^(2))为0.748,其次为葵花,R^(2)为0.357;灌溉次数较多的夏玉米和甜椒的表层土壤含水率估算精度较差,可见基于CWSI的表层土壤含水率遥感估算方法对土壤干旱较为敏感。【结论】基于CWSI的表层土壤含水率遥感估算方法更适用于灌水较少且耐旱作物下垫面的表层土壤含水率估算。

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。

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.

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。

基于指示Kriging法的土壤盐渍化与地下水埋深关系研究

在北方干旱、半干旱的地下水浅埋区,土壤盐渍化是土地资源退化的主要原因,防治土壤盐渍化是农业和生态环境可持续发展的重要保障。该文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,运用指示Kriging法绘制并比较了不同阈值下地下水位埋深和土壤表层含盐量的概率分布图,从概率空间分布的角度分析研究了土壤盐渍化与地下水位埋深之间的关系,从而将这方面的研究从通常的农田尺度扩大到灌域尺度。结果表明:1)土壤盐分和地下水位埋深空间变异强度均为中等,且具有中等的空间自相关性,球状模型拟合变异函数的效果较好;2)在灌域尺度上,解放闸灌域4月底土壤表层发生中度、轻度盐渍化时地下水位临界埋深分别为2.0、2.5m,西南及中东部地下水位埋深小于临界埋深的概率较大,是土壤返盐的高风险区;3)3月底地下水位埋深对土壤返盐的影响比4月底更大一些,这表明地下水位埋深对土壤返盐的影响具有一定滞后效应,只有地下水位埋深小于临界深度的状态维持一段时间,才会造成土壤中度或轻度盐渍化。

内蒙古解放闸灌域表层土壤多氯联苯污染特征和来源分析

在内蒙古解放闸灌域采集49个表层土壤样品,采用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)测定8种多氯联苯PCBs的浓度,探讨PCBs的污染特征、组成特征、空间分布和污染来源,以及土壤理化性质对PCBs浓度分布的影响。结果表明,解放闸灌域表层土壤中∑PCBs浓度范围为ND^209.95 ng·g^-1,均值为15.09 ng·g^-1,与国内外其他地区相比,处于较低污染水平。PCB1、PCB29和PCB47的均值和检出率均较高,是解放闸灌域表层土壤中的优势污染物。土壤中PCBs同系物组成表现为:PCB29(38.65%)>PCB1(33.33%)>PCB47(11.62%)>PCB5(8.25%)>PCB98(8.14%),其余单体的检出量很少,说明主要以低氯联苯污染为主。土壤中PCBs浓度的空间分布存在一定差异性,表现为东北高于西南,其西南部呈点状分布。土壤理化性质对PCBs浓度的影响表现为:PCBs浓度分布受pH值的影响,而不受有机质、EC值、砂粒、粉粒和黏粒的影响。相关性分析和因子分析结果显示,解放闸灌域表层土壤中PCBs的污染源主要来自电容器和变压器油的泄露。

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。

改进GA-BP模型在地下水位埋深预测中的应用

地下水位埋深预测是有效实施节水措施、合理控制地下水位的前提与保证。鉴于地下水位埋深与引水量、降水量、蒸发量、排水量、地下水开采量等因素之间存在复杂的非线性关系,提出了基于改进遗传算法的BP神经网络模型用于地下水位埋深预测,弥补了BP神经网络本身易陷入局部最优值的缺陷;同时在遗传算法中改进了自适应交叉、变异概率算法,提高了神经网络的逼近能力和预测精度,并采用了Matlab软件实现了BP神经网络编程。通过不同模型在河套灌区解放闸灌域2000-2013年地下水位埋深模拟与预测,结果表明改进遗传算法优化的BP神经网络模型具有较高的预测精度和收敛速度,在其他地区地下水位埋深预测中也具有较好的适应性。

不同土质的浅层土壤水盐运移规律模拟——以内蒙古解放闸灌域为例

为了研究不同土质的浅层土壤水盐运移规律,以玉米田间试验为基础,运用一维饱和-非饱和土壤水分及溶质运动理论,对比分析了模拟值与实测值,验证了HYDRUS-1D数值模型的模拟精度,并模拟了内蒙古解放闸灌域4种不同土质的土壤水盐运移,确定了不同灌水定额下不同土壤的水盐动态。结果表明:不同土质下0～10与10～20 cm土壤体积含水量变化基本一致,且土壤含水量随着灌水定额的增大而增大;同等条件下粉砂质黏壤土含水量高于壤土、黏壤土、壤质黏土的含水量;灌水定额越大,粉砂质黏壤土与壤质黏土中的盐分随着水分运动表现的降低效果明显,说明增加适量灌水定额后粉砂质黏壤土与壤质黏土有利于玉米生育生长。利用HYDRUS-1D模型对土壤水盐运移的模拟结果能够为灌域的水盐管理和土壤盐渍化治理提供参考依据。

解放闸灌域地下水矿化度时空变异分析

利用ArcGIS中反距离权重法分析解放闸灌域2000-2013地下水矿化度在时间和空间的变异特征,并探索地下水含盐量的分布规律。研究结果表明:从年内变化看,地下水矿化度在超过5g/L,尤其在4月地下水矿化度超过10g/L的观测井,受引黄灌溉影响最大,低于5g/L影响不大。从年际变化趋势可得:5g/L以下矿化度的地区长时间保持不变;5g/L以上的区域有个别地方矿化度在2004年以后降低;20g/L的观测井及其附近在2000-2010期间,矿化度降低。解放闸灌域从2000-2013其地下水矿化度在2004年后总体呈下降趋势。从空间分布看:2000-2013,经过综合治理,解放闸灌域的地下水矿化度在原有基础上,小于1g/L的淡水分布极其微小;2~3g/L的微咸水分布面积占比减少;4~10g/L的咸水分布面积有所增加;大于10g/L的高矿化度地区分布面积占比下降,2013年的分布与2000年的分布相比,面积减少趋势明显。

内蒙古河套灌区区域土壤质地空间变异分析——以解放闸灌域为例

以内蒙古河套灌区解放闸灌域112个取样点448个土壤样本为基础,结合经典统计学与地统计学理论,对灌域内土壤质地及各粒级含量在不同土层（0～20cm、20～40cm、40～70cm与70～100cm）的空间变异性及空间分布规律进行研究。结果显示,利用地统计学方法进行最佳半方差函数拟合发现,除了0～20cm、20～40cm分布的粘粒为中等空间相关性,均为强烈空间相关性,说明各粒径的空间变异性主要是由其结构性因素决定的,随机性因素对该尺度下变量的空间变异性影响较小。灌域的土壤质地以壤土类为主,所占面积达到90%以上,且随着深度的增加,粘壤土类所占比例有增大的趋势,砂土类所占比例较小,在4.5%～6%之间,整体上从灌域上游到下游沿着总排干土壤质地由砂土类向粘壤土类递变。

考虑土壤水平衡的灌区水资源优化配置研究

针对内蒙古河套灌区解放闸灌域地下水埋深较浅且矿化度高及黄河水量逐年减少等因素导致的农业用水严重短缺问题,本研究以解放闸灌域玉米为研究对象,耦合Jensen模型与土壤水平衡模型构建灌区尺度灌溉水资源优化配置模型,对不同的地下水埋深及土壤含水量情景下水资源优化配置方案进行研究,并利用Lingo软件编程求解模型。结果表明:当地下水埋深为2.5m时,引黄水量为3.85×10~8 m^3,可以达到5.55×10~8元的净经济效益;而土壤水含量为0.12~0.16时,净经济效益为[5.41,5.67]×10~8元。优化结果验证了模型在当地可行,并针对河套灌区解放闸灌域的不同土壤含水量与地下水埋深情景分别提供14种配水方案。