ET理论与应用

在世行节水灌溉项目和GEF海河项目实施以来，馆陶县对项目“真实”节水即减少ET（蒸腾蒸发量），由传统水资源管理到ET管理经历了一个渐进的过程，根据世行和中央项目办的要求和专家的ET理论，认真进行实践，取得了显著的资源性节水效果，建立了一个大气水、地袁补给水和地下水动态平衡模型，出台了以ET为水权决策基线的可操作的《水资源分配与水权体系建设方案》，把ET理论纳入水权管理轨道。本文对ET理论以及在馆陶县的应用进行了简要介绍。     

既地下水采补平衡又冬小麦稳产的探讨

河北省太行山山前平原浅层地下水位持续下降,问题十分突出,然而,该区域又是我国优质冬小麦的重要产区。能否实现在浅层地下水采补平衡的同时做到冬小麦稳产,是该区域水资源保护和农业生产管理工作中亟待回答的重要问题。基于分布式水文模型的模拟结果表明：在该区域若要实现地下水位止降回升这一压采目标,仅利用浅层地下水进行灌溉,冬小麦的产量会减少40%以上。考虑到南水北调中线工程的引水线路自南向北贯穿河北省太行山山前平原,建议在冬小麦关键需水期的灌溉中采用“一水用浅层地下水另一水用南水北调水”的“修改的春浇两水”模式。基于模拟结果的估算表明：在这种限水灌溉模式下有望实现浅层地下水采补基本平衡且冬小麦基本稳产。值得注意的是,这种“修改的春浇两水”模式,需要南水北调中线引水工程每年提供的灌溉水量大约为8.6×108 m3,灌溉成本较纯井灌至少增加562.5～1282.5元/hm2。本研究可为我国最典型的浅层地下水超采区——河北省太行山山前平原探索保产量与节水并举的新路径提供定量化的参考。     

对既保冬小麦产量又防承压水耗竭的灌溉策略之探讨

我国深层地下水超采最严重的区域当属华北平原的河北省黑龙港地区,该区域的深层承压含水层面临枯竭的安全风险。然而,黑龙港地区作为我国优质冬小麦的重要产区和河北省冬小麦的主产区,肩负着河北省确保冬小麦这一重要口粮稳产的责任。因此,冬小麦生育期的灌溉策略必须在区域尺度上兼顾深层地下水的禁采和冬小麦产量的稳定,这也是当前黑龙港地区这个“华北平原地下水超采综合治理行动方案”重点实施区域的有关部门所亟需的。本文基于分布式农业水文模型的模拟研究及进一步的估算,表明：就黑龙港地区整体而言,在现状灌溉情形下冬小麦生育期多年平均所用的深层地下水开采量和其他用途的深层地下水开采量分别约为9.62×108 m3和12.47×108 m3。考虑到该区域生活和工业所用的深层地下水开采量目前大多已被南水北调中线工程的引水所置换,我们建议：进一步增加“南水北调东线一期工程北延应急供水工程”和“引黄入冀补淀工程”置换黑龙港地区冬小麦井灌所用深层地下水的水量,以满足外调引水9.62×108 m3用于冬小麦生育期进行渠灌的需求,如此才能既确保该地区冬小麦稳产又遏制深层地下水的超采态势。若外调引水量只可以分别满足在冬小麦生育期灌水3次、2次和1次的灌溉定额,则每年在冬小麦生育期所需的外调引水量分别约为8.21×108 m3、5.47×108 m3和2.74×108 m3。然而,与现状灌溉情形相比,冬小麦总产将分别减少约8%、34%和56%。总之,本研究可为相关部门就兼顾禁采深层地下水与稳定冬小麦产量而规划外调引水方案提供一定的参考。     

喷灌条件下冬小麦田间水分运移数学模拟及灌溉模式的研究

为探讨节水高产喷灌模式,用数学模拟和田间试验相结合方法,研究了冬小麦在喷灌条件下田间水分运移规律。数学模拟结果与田间实测土壤含水率吻合良好。在此基础上模拟计算出不同喷灌定额下,消耗于作物蒸腾、表土蒸发和深层渗漏的水量,结果表明40～60mm喷灌定额下的农田水分无效消耗(表土蒸发+深层渗漏)最小,从而得出节水高产的冬小麦喷灌灌溉模式。经田间试验对比,获得相同产量条件下,本文提出的模式比现行喷灌模式节约灌溉水45%。     

黄河流域区域目标ET的优化配置及调控措施实例研究

针对黄河流域R-ET水资源管理模式中目标ET的优化配置问题,基于多目标遗传算法,构建了水资源总量控制、ET总量控制、粮食用水保障和生态生活用水保障,共4个目标函数及约束条件,设计了遗传算法的相关参数,从而对目标ET的优化配置进行求解。以鄂尔多斯地区为研究实例,对2015年5个方案的目标ET进行优化配置,其中灌溉耕地目标ETIta占到总目标ETta的36%左右;居工地ETJta占到20%左右,不可控目标ETNta占到50%左右。各分项实际ET的分布比例为:不可控ETN为实际ET总值的64.4%,灌溉耕地ETI为33.6%和城乡居工地ETJ为2%,经过对比认为要达到目标ET,削减和调控的重点在不可控ET和耕地ET。根据研究区的实际情况,提出了各分项目标ET的调控重点和相关措施,为下一步实施黄河流域的R-ET水资源管理奠定了必要的基础。     

黄河流域兰州-头道拐区间ET管理应用

黄河水权分配指标与取水管理相脱节,致使一些省份引黄耗水量超出了分水指标。ET管理能够明确区域的水循环过程与真实耗水,为区域水资源管理部门节水管理以及河道管理部门取水管理提供技术支撑。本文研究了基于ET的水资源管理模式,并将ET管理应用于黄河流域兰州-头道拐区间,具体介绍了ET管理的应用思路,并建立了区域取耗水关系,使河道管理部门取水管理具有可操作性。     

真实节水基本概念分析

利用世行贷款发展节水灌溉项目以来，项目区通过工程、农业和管理节水措施，取得显著的节水效果：一是不仅项目区，而且全县渠系水、田间水和灌溉水的有效利用系数大大提高，灌溉提取水量大幅度浅少，与此同时，农作物ET值不断下降，预计2010年ET值降到当地平均降雨量。二是灌区各部分耗水量发生显著变化，有项目以后，不仅灌溉提取水量，作物ET大幅度下降，而且深层渗漏也显著减少。三是真实节水效果显著：(1)净开采量大幅度浅少；(2)真实(资源)节水量不断增加；(3)作物ET值不断减少，尤其重要的是田间水的有效利用系数不断提高，无效蒸发相应减少。四是地下水超采状况显著好转，到2010年项目区可实现地下水的零超采，全县地下水下降幅度大大减小。     

基于遥感的黄河三角洲农作物需水时空分析

以黄河三角洲为研究区域,系统地提出了用多种分辨率遥感影像进行区域蒸散反演,结合气象数据,进行不同时空条件下农作物需水的分析.通过反演地表反照率、地表温度、地表比辐射系数等参数,进一步计算出地表净辐射通量、土壤热通量、显热通量,根据地表能量平衡方程进行了蒸散的遥感反演;利用5个时相的NOAAAVHRR数据和一个时相的TM数据反演了1999年7～9月的蒸散,并利用TM影像反演的蒸散结果,提高了NOAA气象卫星蒸散反演结果的空间分辨率,大大增加了遥感蒸散反演的实用性.利用6个时相的遥感数据反演的蒸散结果及计算的日潜在蒸散数据对1999年7～9月黄河三角洲各灌区农作物的需水总量进行了时空分析.     

作物水分氮素生产函数模型的研究

在水分生产函数动态产量模型的基础上,考虑土壤氮素对作物生长的影响,建立了作物水分 氮素生产函数动态产量模型,根据作物生长过程中水分和氮素状态,可以对干物质生长过程进行跟踪和预测预报,利用北京永乐店试验资料进行模型参数的拟合,并应用该模型对不同生育阶段干物质产量进行预测,效果良好。     

节水条件下土壤氮素的环境影响效应研究

土壤无机氮素的损失主要是铵氮的挥发损失和硝氮的反硝化和淋失.土壤水分和氮素含量的增加,都将增加氮肥淋失的潜在威胁,如处置不当,获得高产可能需要以环境的污染为代价.节水条件下土壤无机氮素的损失量有所减少,但是氮素利用效率也同时受到了土壤水分状况的限制.探讨了作物产量、氮素损失和农业生产要素(水分、氮素)实际投入量之间的关系,建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型,通过在北京水利科学研究所永乐店灌溉试验站3年的试验资料对模型进行了参数求解及校验.     

基于水量平衡的农业节水潜力计算新方法

农业节水潜力是进行节水改造方案评估、用水效率评价及水资源优化配置的重要依据。在回顾和总结农业节水潜力评价指标和计算方法的基础上,综合考虑取水、耗水和回归水3个方面,提出了农业理论节水潜力的概念,并利用水量平衡原理对相应计算方法进行了推导。同时根据不同的节水措施,提出了农业耗水理论节水潜力、农业回归水理论节水潜力和农业取水理论节水潜力的概念及计算方法。基于新方法对柳园口灌区农业理论节水潜力进行了计算,结果表明柳园口灌区农业理论节水潜力为4636.59万m3;其中,农业耗水理论节水潜力最大,农业取水理论节水潜力次之,农业回归水理论节水潜力最小。相关结论为该灌区制定合理的节水灌溉措施和水资源高效利用策略提供了理论依据。     

基于SWAT模型的漳卫南流域水量模拟

结合2000～2004年的资料,用SWAT模型构建了漳卫南流域分布式水文模型,对漳卫南流域的水量过程和水量平衡进行了模拟分析,并将模型模拟结果与海河流域水资源公报和实测水文站数据进行了比较。水平衡分析结果表明,流域内的来水项主要是降雨和灌溉水量,去水项主要是腾发量和汛期的径流量;该模型对于漳卫南流域水量模拟与实际比较一致。     

区域水平衡基本原理及理论体系

实现健康的区域水平衡是中国水利工作的重要内容和挑战, 对保障国家水安全、国民经济和社会持续稳定发展具有重要意义。在总结前期水平衡理解和认识的基础上, 定义了区域水平衡的概念, 从水收支平衡、经济社会供需水平衡、经济与生态用水平衡、人水关系和谐平衡4个方面和时间、空间、系统3个维度解读其内涵。提出了区域水平衡的基本原理, 包括水量平衡原理、供需平衡原理、协同平衡原理及和谐平衡原理, 分析了以基本原理支撑实现区域水平衡需要重视的科学问题。从理论基础和基本理论2个方面论述了区域水平衡的理论体系, 其中, 理论基础包括水文学、水资源学、生态学、经济学、社会学等理论, 基本理论包括水资源收支时空均衡理论、水资源供需优化配置理论、经济与生态用水协同论、人水和谐论等, 并展望了基本理论的应用前景。研究成果可进一步拓展区域水平衡研究思路, 为今后开展区域水平衡管控与实践提供研究框架和理论基础。     

非线性节水高产优化模型

为研究节水高产的灌溉制度,从研究作物根区土壤水运动及作物腾发规律入手,建立了一个求解作物灌溉制度的非线性优化模型.经实例验证,模型是合理可行的.     

中国西北内陆河水问题及其应对策略——以黑河流域为例

中国被联合国列为13个贫水国之一,占国土面积1/3的内陆河地区先天性的水资源不足,再叠加不合理的利用,使得水问题成为西北内陆河流域经济发展和生态保护的关键性问题.以黑河为例论述了流域尺度的水、土、生态、环境及管理问题;提出缓解流域水资源矛盾必须在流域尺度提高水效益的适应对策;讨论了绿洲灌区水资源利用率提高的4个环节,即灌溉水向土壤水转化、土壤水的生物利用、生物水的生产率以及市场需求的产业配置;展示了水源涵养、节水型绿洲建设、生态水利用率提高的部分实例;分析了水资源的社会化管理的阶段、问题与途径,强调流域虚拟水配置战略,指出提高流域水-生态-经济综合效益仍有较大潜力.     

Groundwater pricing for farms and water user association sustainability

Tunisia has invested heavily in irrigation schemes to secure water supply. The management of irrigation systems has been denied to local water user associations (WUA). These WUAs are assimilated to a natural monopoly. They sell water to farmers at the unit operational cost (marginal production cost). Such a price does not allow for budgetary balance, which leads to a chronic deficit of these WUA. It also does not reflect the scarcity of the resource, a situation that contributed to irrigated area expansion, an increase in the agricultural water demand, and misallocation of the resource. Low cost recovery results in poor maintenance, infrastructure deterioration, and water distribution inefficiency. The purpose of this paper is two folds: (i) to propose an alternative price scheme which ensures cost recovery and water use efficiency and (ii) to examine the impact of this new price on the farms’ surplus. To achieve this goal, we assumed that irrigation’s water price increase will be necessary. A field survey of 75 farmers in the center of Tunisia was conducted to estimate the irrigation water demand function. We also used the data collected on 36 WUAs in the region to estimate the irrigation water production cost function using the OLS method for both demand and cost functions, and the peak and the non-peak irrigated demand functions (i.e., summer and winter). The methodology consisted of maximizing social surplus to derive optimal prices for both seasons. The main results show that an increase in price in the range of 11 to 15 % in the winter and 50 to 75 % in the summer results in 11 % decrease of the annual quantity consumed and in a 2 % increase in the social surplus.     

Groundwater simulation using a numerical model under different water resources management scenarios in an arid region of China

Groundwater plays an important role in the economic development and ecological balance of the arid area of northwest China. Unfortunately, human activity, for example groundwater extraction for irrigation, have resulted in excessive falls in groundwater level, and aquifer overdraft in the oasis, disrupting the natural equilibrium of these systems. A groundwater numerical model for Minqin oasis, an arid area of northwest China, was developed using FEFLOW software to simulate regional groundwater changes under transient conditions. The vertical recharge and discharge (source/sink terms) of the groundwater models were determined from land-use data and irrigation systems for the different crops in the different sub-areas. The calibrated model was used to predict the change for the period from 2000 to 2020 under various water resources management scenarios. Simulated results showed that under current water resources management conditions groundwater levels at Minqin oasis are in a continuous drawdown trend and groundwater depth will be more than 30 m by 2020. Reducing the irrigation area is more effective than water-saving irrigation to reduce groundwater decline at Minqin oasis and the annual groundwater budget would be −0.978 × 10⁸ m³. In addition, water-diversion projects can also reduce the drawdown trend of groundwater at Minqin oasis, and the groundwater budget in the Huqu sub-area would be in zero equilibrium if the annual inflow into the oasis was enhanced to 2.51 × 10⁸ m³. Furthermore, integrative water resources management including water-diversion projects, water-saving irrigation, and reducing the irrigation area are the most effective measures for solving groundwater problems at Minqin oasis.     

桃曲坡水库灌区节水灌溉信息化管理系统的研究

阐述了节水灌溉信息化的重要性和必要性,探讨建设完善的灌区节水灌溉信息化管理系统。介绍信息管理系统、调度运行系统、水务公开系统、运行监控管理系统、遥测管理系统、灌溉用水预报系统、决策支持系统的基本结构和内容。实践证明,管理系统能够有效地提高灌区水资源的利用率和用水管理效率。     

和田地区水资源利用存在的主要问题及对策

根据和田地区水资源及水环境条件,对水资源进行合理配置分析,对地区存在的季节性缺水、工程老化、续建配套与节水改造任务艰巨、工业园区发展受水资源限制、用水结构中农业用水比重过大、盐渍化危害严重等问题进行了系统研究。主要研究对策是:通过调整用水结构,控制灌溉面积增长速度;大力推进高新节水灌溉面积发展,全力实施防风治沙林的建设和饲草料基地建设计划;大力发展第二产业,加强节水型社会建设;通过以上措施控制地下水开采量在可开采量范围之内并适当留有余地,满足经济社会可持续发展及生态环境保护需水要求,控制经济社会总需水量在自治区下达的"三条红线"以内。     

SRA1B情景下中国主要作物需水预测

分析气候变化下中国主要作物需水规律,有助于从粮食安全与水资源可持续利用角度应对气候变化。根据IPCC提供的SRA1B情景下大气环流模式MIROC3.2的输出,利用FAOPenman-Monteith公式计算参考作物腾发量;根据FAO作物系数、SAGE作物分布与柯本气候分类,得到计算单元的作物系数,根据参考作物腾发量与作物系数估算作物需水量;考虑需水与有效降水旬尺度的随机匹配,预测SRA1B情景下未来50年中国各地区主要作物的灌溉需水量。结果表明,参考作物腾发量总体上呈上升趋势,全国平均增加约8%;作物需水量总体上呈增加趋势,东北地区平均增加约10%;灌溉需水量总体上呈增加趋势,东北与华南增加显著。分析表明,SRA1B情景下气温升高是作物需水量增加的主要原因,降水的增加使华北地区灌溉需水量的增加不显著,降水的减少使东北与华南灌溉需水量显著增加。