基于分形理论的灌溉水有效利用系数空间尺度变异

基于2010 年度广东省75 处样点灌区的实测资料和遥感图像, 应用分形理论, 采用网格盒维数法计算了各样点灌区盒维数, 结果表明:广东省灌区具有明显的分形特征, 盒维数介于1.0004~1.675 之间, 分维数均值为1.308, 形状指数均值为0.335, 都随灌区规模呈同步减小趋势。不同规模灌区盒维数大型灌区(1.442) > 中型灌区(1.287) > 小型灌区(1.195)。灌溉水有效利用系数与空间分形特征诸因子中以非空网格对数值最高, 相关性达到0.941。基于此, 建立了不同网格尺度下的灌区面积与灌溉水有效利用系数和盒维数空间尺度变异函数。同时, 从影响灌溉水有效利用系数的众多因素中, 选取了工程评价值、盒子维数、灌区形状指数、参考作物蒸发蒸腾量ET0 和当年降水量5 项指标进行了空间格局影响因素分析, 结合灰关联计算结果表明:空间各影响因素中以工程评价因子的关联度最高, 达到0.8478, 其次为形态特征因子, 自然气象因子影响最小。尝试利用分形理论为不同面积尺度灌区灌溉水有效利用系数的空间变异规律分析和尺度转换提供一种新的思路, 该结果对于指导灌区投资改造和规划建设, 具有较强的理论和应用价值。     

基于图论的树状河系Horton码自动建立

以树状河系为研究对象,分析其空间特征,建立基于图论的水系网矢量模型。依据树状河系中主支流汇合关系识别流向,提出近似180°假设和长度最长原理搜索主流的算法,并以支流级别自动建立树状河系的Horton码。     

河流形态特征的分维计算方法

本文运用分形的基本定义及河系定律探讨了河长和河网结构的分维。海河水系河长的分维在１．０１－１．１４之间，河网的分维在１．５０－１．６９之间。     

基于SEBAL模型的疏勒河流域蒸散发估算与灌溉效率评价

我国西北干旱区内陆河流域水资源匮乏,水资源利用主要用于农业生产,准确估算内陆河流域蒸散发与农业灌溉效率,对研究内陆河流域气候变化和水资源合理利用具有重要作用。利用基于地表能量平衡方程的SEBAL模型,对2017—2018年疏勒河流域蒸散量进行定量估算与时空分布特征分析,并结合降水量与净灌溉水量数据,对疏勒河流域昌马灌区的年内灌溉水有效利用系数进行估算。结果表明:(1)疏勒河流域2017—2018年日均ET呈单峰变化趋势,最大值为6月的5.03 mm·d-1,最小值为12月的0.55 mm·d-1,并存在明显的空间分布差异。(2)疏勒河流域四季ET差异显著,夏季ET达到最高的201.83 mm,春秋次之,冬季最低为53.92 mm;ET由东南向西北逐渐减小,流域上游ET明显高于中下游地区。(3)昌马灌区各灌溉时段不同的灌溉水量造成了各灌季蒸散量的差异,灌区ET高值区主要分布在中部与东南部,低值区主要分布在西北部和灌区边缘。(4)昌马灌区年内灌溉水有效利用系数呈下降趋势,其中春灌、夏灌、秋灌和冬灌分别为0.76、0.71、0.69和0.55,年均灌溉水有效利用系数为0.67。     

绿城垦区历史时期农业灌溉渠系信息的遥感识别与提取

灌溉是干旱区农业时代社会经济发展必不可少的条件,人工渠系则可看做是灌溉农业最主要的水利设施,是干旱区农耕文明的主要特征和标志之一。绿城垦区是黑河流域下游古居延绿洲上历史时期最大的一块农业垦区,大量的房址、寺庙、灌溉渠系、耕地等反映过去人类农业活动的遗迹残留在垦区中的沙包和沙丘中。在查阅大量历史文献和考古资料的基础上,本研究结合高分辨率遥感影像和野外渠系样点的实地调查数据,依据农业灌溉渠系在遥感影像上表现出来的线性和纹理特征,人工数字化识别和提取了绿城垦区历史时期的农业灌溉渠系。研究结果表明,古居延绿洲上的绿城垦区在古代曾有过规模宏大的人工农业灌溉系统,保证了研究区历史时期繁荣人类农业活动的开展;此外,研究区古代的农业灌溉方式与中国干旱区现代的农业灌溉系统有着相似的灌溉思路。绿城垦区古代农业灌溉渠系在空间上的可视化精细分布是古绿洲历史时期繁荣人类农业活动的直接证据,对于研究古代的水利设施和区域环境变化也有重要的作用。     

灌区中居民点与水土资源邻近关系——以张掖绿洲为例

干旱区内陆河流域的核心在于水,核心区域在于绿洲。灌区是构成绿洲的最基本单元。论文应用最邻近距离指数(NNI),分析了张掖绿洲灌区中居民点与水浇地及渠系之间的空间耦合关系,结果表明:在张掖大小共39个灌区中,有22个灌区的NNI值<0.5,灌区中居民点总体表现为聚集分布态势,但空间差异明显,沿山灌区居民点聚集程度明显高于绿洲中腹灌区,映射出不同灌区水资源的基本约束力。从微观角度考察,居民点与水浇地、渠系、道路之间的平均临近距离从沿山独立灌区-绿洲边缘灌区-绿洲中腹灌区逐步增加,说明沿山灌区水浇地、渠系与居民点的关系更密切。灌区中居民点与渠系、水浇地表现出显著的"亲水型"和"亲地型","质点"(居民点)-"廊道"(渠系和路网)-"域面"(土地)之间存在非常密切的相互依存关系。     

艾比湖湖相沉积物粒度的分维特征与环境意义

艾比湖为一典型的内陆干旱区封闭型湖泊，其沉积和粒度是反映湖面消长和水动力条件变化的很好记录。对该湖Ash孔湖相沉积粒度分维值的研究表明：沉积物的粒度具有分形性，与传统的粒度参数相比较，分形的定量指标——分维值的变化具有明显的阶段性，能很好地揭示本地区环境变化的规律性。分维研究在粒度分析中的应用为以后的环境变化研究提供了一种新的参数。     

大渡河上游丹巴地区地貌分维特征的地质解析

基于高精度DEM,采用滑动窗口技术,计算丹巴地区的地貌分形特征.结果表明:地质构造决定地貌的宏观格架,构造规模和期次与地貌的平均分维值和标准差呈正相关关系;地层岩性决定地貌的中观和微观布局,变质作用与平均分维值和最大分维值呈正相关关系;地貌维度的极大值区多为地质环境异常区.该项研究对山地本体认知、地质环境调查及评价具有重要的参考价值.     

城市形态的分维估算与分形判定

城市形态的分形是城市发育到一定阶段涌现出的有序格局和复杂结构,其基本特征是空间分布的无尺度性质。当研究者基于某个显著性水平推断城市分维存在时,实际上就是基于相应的置信度判断分形特征。虽然分形城市研究已经多年,但大量有关维数测算的基础问题依然悬而未决。本文根据分形几何学的基本思想论证城市形态分维测算的若干问题。分维测量的准则是最佳覆盖——不多不少、恰到好处的覆盖。盒子覆盖是最容易理解的测量方法。采用盒子覆盖法测量城市形态分维时,应考虑三个标准：一是快速逼近,二是简便操作,三是稳定拟合。直观估计分维的办法是利用双对数坐标图。由于城市形态不是严格意义的分形,而是类似于文献中的“前分形”,测量尺度与相应测度的幂律关系通常仅在一定尺度范围内有效,从而形成所谓标度区。本文围绕城市形态的分维测量和分形判断开展一系列讨论,包括尺度选取、标度区识别和统计标准等问题,对今后城市分形研究具有理论启示和方法论的参考价值。     

西藏樟木滑坡活动空间分布的分维特征及其地质意义

依据分形理论,系统地研究了西藏樟木地区滑坡活动空间分布的分形特征。结果表明,滑坡活动的空间分布结构具有很好的统计自相似性,分维可作为滑坡活动空间分布的定量描述参数。区域性的滑坡活动空间分布的分维在急剧变化阶段同滑坡活动的高潮期相对应,分维的变化对滑坡预报有一定的指导意义。     

Vegetation characteristics and butterfly use of unlined and PVC-lined reaches of an irrigation delivery canal, Government Highline Canal, Colorado, U.S.A.

Vegetation growing in irrigation canals has been postulated to furnish an important mesic habitat within arid landscapes. Some canal designs now incorporate plastic (PVC) liners to reduce seepage, and vegetation could be incidentally affected. We tested the hypothesis that PVC lining has no long-term effect on bank vegetation by comparing vegetation on interior banks of a reach of an 88-km long irrigation canal (47 m³s⁻¹capacity) lined 6–8 years earlier, with vegetation along unlined reaches of the same canal. The lined reach generally had lower values for cover, biomass, and richness than unlined reaches to the east. However, an east–west gradient in biomass noted within a 32-km long unlined reach suggested that the lower values of the lined-reach were at least partially due to factors unrelated to lining. Butterfly communities using the sampled reaches were surveyed to assess habitat quality. No significant differences were detected among the reaches, although the butterfly assemblage in the westmost lined reach tended to differ from those in unlined reaches. Pre- and post-lining surveys conducted on the same reach, as well as natural history data, indicated that canal butterflies were derived from surrounding habitats, rather than the canal itself. Vegetation management practices (e.g. periodic burning) limit the study canal's value as a habitat for butterflies and probably other species.     

灌溉管理方式的转变及其对作物用水影响的实证

采用三年的面板数据实证研究了我国黄河流域灌区灌溉管理方式的转变及其对作物用水的影响。结果表明：2001年以后,黄河流域灌区灌溉管理改革的推进速度进一步加快,而且用水协会转变的速度超过承包管理,成为改革的主导方式。在一些村中,用水协会或承包管理也可能又返回到原来的集体管理。最后,定量分析结果显示,在用水协会转变初期,作物...     

焉耆县滴灌条件下土壤水热盐的动态变化特征

为了揭示焉耆县良种场的土壤水热盐动态变化,对有膜覆盖和无膜覆盖条件下各土壤层进行水热盐的系统观测和单因素方差分析及相关性分析。结果表明：（1）土壤温度的日变化呈现先降低后升高再降低的趋势,有膜各层土壤温度高于相对应的无膜各层土壤温度,各层土壤温度和大气温度变化趋势一致。（2）有膜各层土壤盐分要高于相对应的无膜各层土壤盐分,表层土壤水分小于底层,有膜10～20 cm土壤水分含量比较低,无膜10～50 cm土壤水含量比较接近;滴灌后,土壤水分和盐分经历快速下降和缓慢下降两个过程。由于文献对于有膜覆盖与无膜覆盖条件下土壤水热盐变化的研究相对较少,文章通过研究焉耆县农田生育期有膜和无膜条件下土壤水热盐的变化特征,为研究区土壤盐渍化的防治提供科学依据。     

水资源适应性利用理论的应用规则与关键问题

人水系统是一个十分复杂的巨系统,众多因子时刻处于不断变化之中,水资源开发利用也应适应这种不断变化的特性。当然,也不是被动的、随意的适应,需要遵循一定规律和原则,实现一定目标,正确运用水资源适应性利用理论。因此,研究水资源适应性利用问题具有重要的意义。在笔者前期提出的水资源适应性利用理论的基础上,分析了水资源适应性利用方案制定的思路,即"确定--适应--评估--反馈--再确定"的循环路径;提出了水资源适应性利用理论的应用规则,包括遵循两大规律、符合四大原则、肩负三大任务、具有四大功能,是判断如何应用水资源适应性利用理论的依据;对水资源适应性利用的关键问题进行论述,提出了进一步研究的途径和展望;最后以南水北调中线水源区为例介绍水资源适应性利用理论的应用前景。研究认为,水资源适应性利用是一项复杂的系统工程,需要一套完善的理论和方法;需要进一步研究水资源适应性利用的判别标准及量化方法、定量测度及评估方法、优化配置模型、规划方法、预警评价与综合调控等,为进一步研究和应用水资源适应性利用理论奠定基础和提供工具。     

北京市再生水灌溉对地下水的重金属污染风险

通过野外取样分析再生水灌溉、长期污水灌溉条件下土壤剖面和地下水中重金属含量,预测再生水灌溉对地下水的重金属污染风险。结果表明：污染严重的Cr、Cu和Zn等3种元素主要在土壤表层0～20cm累积,0～180cm土层呈先降低后升高,之后再降低的变化趋势。污染较轻的As、Ni和Pb在0～60cm土层含量差异不大,0～180cm土层大致呈先升高后降低的变化趋势。所有重金属在土壤剖面90cm左右的土层中均存在高值区,该层含量高于上、下土层,高值区的分布位置与北京剖面土壤发生层的分布特征一致,与成土母质自然发育有关,并非表层土壤重金属向下淋溶沉积而成。综合土壤剖面重金属分布特征和调查区地下水重金属浓度情况,重金属向下层土壤迁移的趋势很小,即使凉水河灌区污染严重的Cr、Cu、Zn,主要在土壤表层累积,并未导致地下水重金属污染。在当前的水质条件下,农田再生水灌溉输入的重金属量低于大气沉降和有机肥施用,再生水灌溉导致地下水的污染风险小于大气沉降和有机肥施用。因此相对于大气沉降、有机肥施用等输入途径,再生水灌溉导致地下水重金属污染的可能性不大。     

博斯腾湖的水环境保护与可持续利用对策

本文通过实地调查和对1999～2001年的监测资料的分析,从水环境污染物特性、水环境质量变化、排污源分布及排污量计算等方面探讨了博斯腾湖水环境问题及其成因。提出建立博斯腾湖保护区,加大管理检查和执法力度,加强对农田排污水的控制,强化重点排污口和重点城镇生活污水的排污管理,并通过湖滨湿地生态恢复工程、增源节水工程、加速湖水循环工程等措施,保护和改善博斯腾湖水环境     

小麦水分生产函数及其效益的研究

我国北方地区水资源短缺,有限的降水不足以满足小麦生长所需的水量,为了避免因缺水造成的减产,需要实施灌溉以补充水分。本文讨论了灌水与小麦产量的关系,并以小麦田间试验数据为基础,采用最小二乘法原理,拟合了小麦的水分生产函数模型,通过耗水资料的分析整理,揭示了小麦的水分效应及需水规律。对典型灌溉制度下小麦水分生产函数的分析表明,水资源投入的最佳效益点并非水分利用效率的最高点和产量最高点,小麦灌水效益最佳点的确定原则为边际收益等于边际成本,合理利用小麦灌溉生产函数及其规律,可以实现小麦节水、高产、高效的较好统一。     

重庆焦石片区岩溶水动力水化学及其动态特征分析

在对焦石片区岩溶水系统的水动力特征分析的基础上对水化学类型进行了总结,并结合降雨资料与典型泉域流量或水位动态关系的研究,得出了岩溶水系统分为汇合流型和分散流型两种水动力;其主要的水化学类型为重碳酸盐型水;岩溶水的动态变化对降水反映极为灵敏,主要受降水量大小的控制。     

基于SD的水质型缺水区水系统的模拟分析——以上海杨浦区为例

针对雨量丰富的南方地区出现水质型缺水问题,采用系统动力学方法,对其水系统做模拟分析。以上海杨浦区为分析实例,根据其特征设立模型,包括5个子系统、6个调控参数。通过调整调控参数,运行模型得到所需的3种不同方案。在此基础上,找出影响需水系统的主要因素为:水价 、污水治理系数、节水意识、工艺改革。基于三种方案的作用参数和模拟结果,为解决水资源这一"瓶颈"问题,实现杨浦区水系统的供需平衡和区域的协调发展,提出具体的调整政策。其中,该政策的调控参考值 (对应年:1990/1995/2000/2005/2010/2015/2020)为:水价TPW=1.3/2.7/2.9/3.5/4.7/5.2/6.8;污水治理率TRWW=0.73/0.79/0.84/0.85/0.93/0.96/0.97;节水意识为INDEX1=2.5 (2005年后),INDEX2=1.021 (2005年前);工艺改革系数为TRT=1/1.1/1.28/1.35/1.5/1.65/1.66。在实施相应措施的基础上,采用协调发展方案,预测到2020年上海杨浦区总需水量约14.0×10⁹t,而预计工程供水能力可达到约13.9×10⁹t,基本达到水系统的供需平衡,实现区域水资源的协调发展。