TC-401水位监测传感器的开发及在农田水利中的应用

中国在水位观测中普遍采用压力式、浮子式,超声波式等传感器,但在实用过程中存在一定的缺陷,TC-401水位传感器按照仿生学的思路,应用仿神经理论思想,适应了水文仪器发展的趋势,可以解决水位监测中传感器使用不稳定、故障率高,抗干扰性能及可靠性低的问题。该文论述了TC-401水位传感器的原理及其构造,并结合盘石头水库应用实例进行研究。结果表明,TC-401水位传感器能够满足实用中水位监测的需要。

海菜花-螺蛳经济湿地对农田低污染水的净化

为研究海菜花水培经济湿地对农田低污染水的净化效能及投放螺蛳对水体净化的影响,在进水ρ(TN)、ρ(NO3--N)、ρ(TP)分别为(5.08±0.14)、(4.71±0.15)、(0.10±0.03)mgL条件下,构建了无螺组(海菜花湿地)、有螺组(海菜花-螺蛳经济湿地)和空白组(无海菜花和螺蛳湿地)3种湿地,对比不同HRT(水力停留时间)对水质处理效果的影响,并考察了其经济效益.结果表明:1HRT为7 d时,无螺组对TN、NO3--N和TP的去除率分别为55.6%±5.8%、62.6%±5.8%和76.3%±4.8%,有螺组分别为50.8%±5.5%、61.2%±6.3%和75.5%±3.9%;HRT为42 d时的污染物去除率与HRT为28 d时相当,并且有螺组和无螺组也相当,对TN、NO3--N和TP的去除率分别在76.8%、92.4%和84.8%以上.2HRT为7和42 d时,投放螺蛳对N、P的去除均表现为抑制作用;HRT为7 d时有螺组浊度显著降低(P<0.05).3HRT为7 d时,有螺组和无螺组对TN、TP的处理量均在800和228 kg(hm2·a)以上,显著高于HRT为42 d〔141、46 kg(hm2·a)〕时.4HRT为7 d的有螺组经济效益最高,为20.3×104元(hm2·a),其中海菜花收益为15.4×104元(hm2·a),投加螺蛳增加经济效益为4.9×104元(hm2·a).综合考虑对农田低污染水的净化效能和经济效益,优选HRT为7 d的海菜花-螺蛳经济湿地处理农田低污染水.

山东省畜禽粪便的环境污染现状及风险评价

以耕地和水环境保护为出发点,根据山东省各地市近五年来畜禽养殖量数据,采用排泄系数法估算畜禽粪便的产生量,在此基础上计算了畜禽粪便的耕地负荷和水体等标污染指数等指标,综合评价了各地市畜禽养殖业的发展对土壤和水环境产生的污染压力。研究发现:2014—2018年山东全省畜禽粪便的平均耕地污染风险指数为0.77~0.84,预警级别为Ⅲ级;全省平均水体等标污染指数由9.26逐渐降低为4.46,对应的预警级别由Ⅱ级降为Ⅰ级。表明畜禽污染已对土壤环境产生风险,潍坊市尤为突出;而畜禽污染对水体环境基本无污染风险,但不同地区间存在差异,聊城市的水体污染风险仍相对较高。此外,依据土壤养分平衡理论和山东省耕地面积估算,山东省2018年畜禽的最高承载数量(以猪当量计)为12873万头。本研究为优化畜禽养殖结构、推动区域畜禽养殖业绿色发展、保护区域生态可持续发展提供了理论参考。

社会信任、合作能力与农户参与小农水供给行为——基于黄河灌区五省数据的验证

在政府主管的小农水供给模式无法完全满足农业分户经营的需要的现实背景下,农户参与供给是实现小农水供需平衡的有效方式。本文利用黄河灌区宁夏、内蒙古、陕西、河南和山东五个省份1558户微观农户数据,引入农户社会信任和合作能力因子,考虑农户农业收入水平和所处省份差异,采用多群组结构方程模型,探究农户参与小农水供给的行为。首先,运用信度和效度检验对农户参与小农水供给行为量表进行了分析。在此基础上,运用多群组结构方程模型,以农户农业收入水平和所处省份为调节变量,分析农户社会信任和合作能力对其参与小农水供给行为的影响。研究结果表明:农户的社会信任和合作能力显著正向影响农户参与小农水供给的意愿,其中农户的合作能力影响程度较大,农户的社会信任影响程度次之;农户的社会信任、合作能力和参与供给意愿对其参与小农水供给行为有显著正向影响,且影响程度最大的是农户的参与供给意愿,其次是农户的合作能力,最后为农户的社会信任;农户的社会信任对其合作能力有显著正向影响。多群组分析表明,农户的农业收入水平及其所处省份显著调节农户参与小农水的供给行为。其中,农业收入作为调节变量结果显示,农业收入高的农户参与小农水供给的意愿更强烈,参与供给行为水平更高;产生参与供给意愿后,农业收入中等偏上和中等偏下的农户更容易将意愿转化为行为。省份作为调节变量的结果显示,陕西、河南和山东农户的社会信任和合作能力对其参与小农水供给意愿的影响较大,河南和山东农户更容易将参与供给意愿转化为行为;宁夏和内蒙古农户的合作能力对其参与供给行为影响程度较大。根据以上结果,政府应根据不同地区农户的收入水平、社会信任和合作能力等实际情况,充分调动本地的社会资源,引导农户认识到参与小农水供给的重要性和迫切性,提高农户参与小农水供给的意愿和行为水平,促进小农水供需平衡的实现。

DRAINMOD和HYDRUS-1D模型对水稻控制灌排条件下农田水位的模拟

为研究水稻控制灌排条件下农田水位的变化,根据2017年的水稻测坑种植试验资料,率定DRAINMOD模型和HYDRUS-1D模型参数,以相关系数、平均偏差及纳什效率系数为评价标准,通过比较2018年农田水位模拟值与实测值的吻合程度,分析2种模型模拟稻田干湿交替条件下农田水位的可靠性。结果表明:DRAINMOD模型和HYDRUS-1D模型的模拟结果均能较好地反映农田水位的实际变化情况,模拟值与实测值的相关系数分别为0.778和0.849,平均偏差分别为2.051 cm和1.809 cm,纳什效率系数分别为0.509和0.360,且2个模型模拟结果没有显著差别;DRAINMOD模型和HYDRUS-1D模型均可用于模拟水稻控制灌排条件下农田水位变化,为稻田水分运移研究提供方便可行的方法。

农田水利设施供给水平综合评价

对河南、宁夏、陕西3个省(自治区)180个村庄进行实地调查,采用因子分析法对农田水利设施的供给水平相关指标进行量化分析,计算得到所调查村庄的农田水利设施供给水平的综合得分与排名;将农田水利设施供给水平标准化后作为因变量,选用Tobit模型探析农田水利设施供给水平的主要影响因素。结果表明,农田水利设施供给水平总体得分低于平均水平,3个省(自治区)差异较大,只有宁夏的农田水利设施供给水平高于平均水平,综合得分值为0.065;其次是陕西省,综合得分值为-0.01;河南省排名最后,综合得分值仅为-0.056。对影响农田水利设施供给水平的影响因素进行回归分析,结果表明,距县城距离、打工人数比、是否为示范基地、政府投资力度和农户收入差异对农田水利设施供给水平有显著影响。打工日工资水平、村庄经济状况差异、是否有小农水重点建设项目对农田水利设施供给水平没有显著影响。

东部高潜水位采煤沉陷区破坏耕地生产力评价研究

针对矿区面临的问题,在综合分析东部高潜水矿区开采对耕地破坏特征的基础上,选取了潜水位、裂缝、坡度、农田水利设施等作为破坏耕地生产力评价指标体系,并构建了评价模型,利用兖州矿区鲍店矿采煤沉陷区对该评价模型进行了实地应用验证,评价结果与实测结果相关性显著,表明构建的耕地生产力评价模型可用于东部高潜水采煤沉陷区破坏耕地生产力的评价定级。

三峡库区消落带农作区镉污染特征研究

为了研究三峡库区消落带农作区重金属镉的污染状况,对三峡库区典型支流-苎溪河消落带农作区耕作情况及镉污染状况进行了调查。结果表明:苎溪河消落带农作区土壤镉含量普遍偏高,均超过了国家土壤环境质量三级标准,远高于四川省土壤环境背景值,并存在中等程度变异,说明镉污染存在普遍性。相应地上作物不同部位对镉均有一定程度富集,叶的富集能力最大,而果实的富集能力相对较小。作物可食部分镉富集能力顺序为:蕹菜>香菜>花生>豇豆>绿豆。其中,香菜和蕹菜的风险商HQ值>1,暴露风险高,对三峡库区生态安全存在一定潜在健康风险。

控制排水条件下冬小麦水位生产函数的试验研究

为了研究冬小麦地下水埋深与产量的关系,以地下水的降落速度与适宜埋深作为冬小麦排水的调控指标,在蒸渗测坑内进行冬小麦水位调控试验,通过理论分析和数值计算,建立了排水条件下冬小麦水位生产函数;考虑到根层土壤含水量与地下水位的耦合作用对冬小麦产量的影响,提出了用土壤含水量作为修正系数的控制排水条件下冬小麦的水位生产函数.函数求解结果表明:在涝渍条件下,冬小麦各生育阶段受涝渍影响程度由大到小顺序为:拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期、分蘖期;受旱情况下,冬小麦各生育阶段受旱敏感指数由大到小顺序为:抽穗开花期、拔节孕穗期、分蘖期、乳熟期.

高潜水位矿区耕地生产力损害评价GIS系统实现

GIS技术已成为煤炭开采损害评价重要和便捷的工具。针对我国东部高潜水位矿区开采沉陷耕地损害的特征,着重从系统构建的角度,分析了系统功能的总体设计、数据库的建立和实现的技术方法。基于Arcgis的AO组件库,借助ActiveX技术、三维可视化等技术,构建了采煤沉陷区耕地生产力损害评价、二维及三维可视化和补偿计算的一体化评价系统。选取鲍店矿典型采煤沉陷区为评价对象,对本系统进行了工程应用。评价结果基本符合实况,表明了系统的科学性、有效性。

华北农田水利工程的演进与反思——基于S村的调查

S村位于华北平原粮食主产区,农田水利工程直接影响到其粮食产量。该村水利建设先后经历了传统水井灌溉、机井灌溉、农田水利基本建设、农田水利管网改造和深水井时期,经过试验后放弃喷灌。从S村农田水利工程建设可以反映出:工程建设需要以技术进步作为前提;机井不断因缺水而废弃,并重新打更深的机井,原因是降雨量的减少和用水量增加导致地下水位迅速下降;工程资金主要来自政府,农民不愿投资;但政府只安排建设资金,缺少工程维护资金;地下深层水的不可再生性需要S村重新寻找灌溉水源。

基于机器学习的排涝闸站雨后水位预测

【目的】精准预测排涝闸站雨后水位。【方法】在分析为期1a的田间实测水位数据的基础上,收集了四湖流域2个典型闸站(习家口站、田关站)为期10 a(2010-2020年)的历史水情资料,利用2种机器学习算法(支持向量机回归算法、回归树算法)对排涝闸站的雨后水位进行预测分析。【结果】支持向量机回归算法和回归树算法均较好地预测了习家口站和田关站的雨后最高闸上水位,R2基本大于0.80;2种机器学习算法在习家口站的表现均优于田关站,核函数的选取对支持向量机回归算法的预测结果有一定影响,线性核函数表现较为稳定。回归树算法的效果略优于支持向量机回归算法。【结论】基于闸上水位、降水量、降水时间、泵站排水流量预测雨后最高闸上水位是可行的。不同闸站应分开进行训练,并寻找最优的机器学习算法,未来有必要结合降水预报数据实现农田涝灾情况的实时预报。

水平沟农田聚水保水能力的研究

经过6年研究,把干旱的坡耕地修建成水平沟农田,靠人为整地和种植措施。不仅能使水平沟部位的农田,多得到66.5～275.9mm的雨水,而且又能把整个天然降雨的部分雨水较长时间的保持在土壤中,供作物生长需要。从而大幅度的提高天然降雨利用率,解决由于降雨少、分配不均形成的干旱,使单位面积产量低而不稳的坡耕地达到高产稳产水平。

黄淮海粮食主产区县域农田水利建设评价指标体系初探

针对我国重要的粮食生产核心区——黄淮海粮食主产区农田水利建设存在的问题、面临的形势及保障粮食安全的要求,结合黄淮海粮食主产区县域农田水利建设的实际情况,构建了包括工程服务保障能力、工程建设与管理、持续发展支撑能力等3个方面20项评价指标的县域农田水利建设评价标准体系,并研究提出了各项指标评分的建议标准及反映主要农田水利建设水平指标的标准值,可为黄淮海粮食主产区乃至全国推行农田水利建设和管理标准化提供参考。

下坝水电站正常蓄水位的经济技术综合比较与选择

下坝水电站位于贵阳市乌当区下坝乡境内,地处乌江水系一级支流的清水河干流中下游,是清水河水电梯级开发的第一级。由于原规划下坝水电站的正常水位980 m,库区淹没农田12.3 hm2、旱地7.3 hm2、防护林40 hm2,同时涉及房屋搬迁,库区内部分公路、桥梁需改线,工程实施难度大。为了从充分开发水资源和保护耕地资源,加之特殊的地理位置和淹没的耕地大多为基本农田,耕地更显宝贵,而且《清水河干流水电规划报告》完成于20世纪90年代初,因此从保护耕地资源的角度出发进一步对其电站正常蓄水位进行论证是非常必要的。结合下坝水电站原水电开发规划确定的正常蓄水位为980 m。为此,下坝水电站不同设计水位耕地受淹、水文地质条件、环境等因素影响,拟定了970 m、972 m、976 m、980 m和982 m 5种正常蓄水位规模进行综合比较。

农田荒漠过渡带包气带土壤水盐运移规律研究

为实现农田区作物和农田荒漠过渡带保护区植被协同发展,通过石羊河流域下游某试验场原位试验研究灌溉后农田荒漠过渡带包气带土壤水盐运移规律。结果表明:农田荒漠过渡带上,荒漠区土壤包气带水盐运移与农田区灌溉息息相关。灌溉后,农田区土壤盐分随灌溉水进入地下水中,继而流向荒漠区,引起荒漠区表层土壤盐分大幅升高。水位调控后,灌溉对农田区表层土壤脱盐效果更好,盐分随灌溉水向下运移更深。同时,农田区侧向流入荒漠区盐分减少,而且减少了浅层咸水进入荒漠区包气带土壤中的盐分,有效缓解了荒漠区表层土壤聚盐效应。

结合农田灌溉用水进行发电的探讨

结合农田灌溉用水进行发电是艹侵窝水库和观音阁水库主要发电途径之一,对于固定的农田用水量而言,怎样调度能使发电量最大是值得研究的课题。提出了两个水位调度指标,对水库调度具有很好的指导意义。

聊城市地下水开采和补源的研究分析

地下水是聊城市重要的而且是主要的水资源,近年来,地下水的开采和补源引起了人们的广泛关注。本文拟对地下淡水资源的时空分布、运动规律、地下水资源计算和评价及聊城市地下水开发利用问题进行一些探讨,对于引黄(河)灌区合理引用黄河水和开采地下水具有重要的指导作用和应用价值。

农田水位与施氮对拔节孕穗期受涝后冬小麦的调控效应

为探明拔节孕穗期受涝后农田水位与施氮对冬小麦生长、产量、籽粒品质、水氮利用及氮磷负荷的调控效应,于2020—2021年在南京市江宁区开展测坑种植试验。以冬小麦品种“扬麦25”为试验材料,在冬小麦拔节孕穗期受涝后设置高、中、低3个农田水位(即受涝1 d后农田水位3 d内降至-40、-60、-80 cm)和低、中、高3个施氮量(160、190、220 kg/hm^(2)),以不受涝且常规施氮190 kg/hm^(2)处理作为对照。结果表明,涝渍条件下,冬小麦株高、干物质量、产量、水分利用效率、籽粒粗蛋白含量、籽粒赖氨酸含量均随农田水位的降低和施氮量的增加而逐渐增大,氮肥偏生产力随农田水位的降低和施氮量的减小而逐渐增大,总氮、总磷等污染物负荷随着农田水位的降低而逐渐增大。与对照处理相比,试验设计农田水位下,增施氮肥(220 kg/hm^(2))可以缓解涝渍对冬小麦植株的不良影响,促进冬小麦干物质量和产量分别增加4.76%~23.81%、2.75%~9.19%;中、高农田水位下氮肥减施(160 kg/hm^(2))导致冬小麦分别减产2.20%和14.00%,水分利用效率分别下降4.55%和9.74%;低农田水位可以降低因氮肥减施导致的减产效应,使得冬小麦产量和氮肥偏生产力分别提高3.98%、23.49%。农田水位越高,其控水期间综合涝渍程度越大,对应产量越低。此外,短期内涝对提高籽粒粗蛋白含量具有积极效应,与对照处理相比,各处理对应粗蛋白含量提高11.50%~20.21%。综上,以高产、高效、减污、提质为目标,建议冬小麦拔节孕穗期5 cm水层受涝1 d后,农田水位3 d内降至-80 cm,施氮量为220 kg/hm^(2)。研究结果可为中国南方以及类似易涝易渍农业区冬小麦种植及涝渍灾害修复提供理论依据。

农田水利设施供给水平多维评价研究——来自陕西、河南、宁夏、山东调研数据的验证

构建包括管理能力、渠系建设、机井建设、配套设施建设4个方面12个指标的农田水利设施供给水平评价体系,采用因子分析法对所调研的4个省(自治区)进行测算,并运用Tobit模型对影响农田水利设施供给水平的因素进行分析。研究得出:农田水利设施的供给水平整体较低,各省(自治区)的供给水平存在较大差异;保障性供给能力因子、完善性供给能力因子及激励性供给能力因子超过了平均水平,而基础性供给能力因子、发展性供给能力因子低于平均水平。