黑龙江省灌溉水利用效率时空分异规律及节水潜力研究

发布时间：2020-05-25 04:10

【摘要】：灌溉水利用效率是评价灌区农业用水情况的重要依据,也是反映灌区灌溉工程状况、用水管理水平及节水灌溉技术的重要指标。正确评价灌溉水利用效率可为灌区节水灌溉的发展提供科学的理论基础。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。目前,黑龙江省共有大、中型灌区338处,小型灌区9136处,纯井灌区30万余处,由于存在环境差异及管理方式的不同,使得黑龙江省不同类型灌区的灌溉水利用效率规模差异性显著,存在发展不均衡的现象。因此,有必要对黑龙江省不同类型灌区灌溉水利用率的时空变化规律进行研究分析,找出制约不同类型灌区灌溉水利用效率增长的主要影响因素,并科学制定节水方案,进而使得不同类型灌区在其可达到的阈值范围内得以均衡稳步提升,实现黑龙江省灌溉水利用率均衡增长的目标。本研究在对黑龙江省样点灌区进行调研及部分典型样点灌区进行实地测量的基础上,对不同类型灌区灌溉水利用效率的时间分形特征及空间分布格局进行研究;利用空间建模技术对不同地区的灌溉水利用效率进行影响因素分析;从工程性节水和作物真实节水两个方面计算灌区节水潜力,并利用方法集评价法对黑龙江省大型灌区的节水潜力进行评价。本研究的主要内容及成果如下:(1)灌溉用水效率指标体系测算方法在对以往灌溉用水效率指标体系进行归纳总结的基础上,将灌溉水利用效率、渠系水利用效率、田间水利用效率作为本研究的灌溉用水效率指标体系;阐述了灌溉用水效率指标体系中各指标的测算方法;针对特殊类型灌区——井渠结合灌区,提出了灌溉水利用效率测算的修正方法,由于考虑了地下水运动及回归水的影响,利用修正方法计算出的井渠结合灌区灌溉水利用效率高于传统测算方法计算出的灌溉水利用效率,也更贴近真实值。(2)黑龙江省灌溉水利用效率分形特征为研究不同类型灌区灌溉水利用效率的规模分布情况,利用位序-规模法对黑龙江省不同类型灌区灌溉水利用效率的年度分形特征进行研究。结果表明:2009年~2014年黑龙江省灌区灌溉水利用效率的分维值D在(5.26,6.25)区间范围内,呈现出由多分形向单分形逐步过渡的结构特点,黑龙江省不同类型灌区的灌溉水利用效率逐渐趋于均衡增长;不同类型灌区灌溉水利用效率在均衡发展情况下可达的最大值分别为:大、中型灌区D1=4.58时,η1=44.44%,小型灌区D2=4.79时,η2=53.81%;纯井灌区D3=6.98时,η3=70.41%;全省灌区D=5.13时,η=57.03%。(3)黑龙江省灌溉用水效率指标体系空间格局利用地统计学方法对黑龙江省灌区灌溉用水效率指标体系的空间分布特征进行研究。结果表明:田间水利用效率受空间结构的影响最大,ISO方向空间正相关范围最大为145 km;灌溉水利用效率受空间结构的影响次之,ISO方向空间正相关范围为124 km,而渠系水利用效率受随机因素影响较大。大庆、哈尔滨、绥化三地交界处,灌溉水利用效率、渠系水利用效率与田间水利用效率均出现高值,3个指标在鸡西的鸡东县均出现低值。(4)黑龙江省灌溉水利用效率影响因素分析从全局和局部角度分别对黑龙江省灌区灌溉水利用效率进行影响因素分析。将灌溉水利用效率作为因变量,利用逐步回归分析筛选出8个主要影响因素:降雨量、腾发量、节水灌溉面积比率、渠系衬砌比率、灌区工程完好率、渠系结构复杂度、灌区工程配套率、灌溉用水量作为自变量,分别建立最小二乘法回归模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)。结果表明:黑龙江省灌区灌溉水利用效率及其影响因素的空间自相性随距离增大而减小;GWR模型的由于考虑了空间因素,拟合度高于OLS模型;全局分析中,除渠系结构复杂度、灌溉用水量与灌溉水利用效率呈负相关,其他影响因素与灌溉水利用效率均呈正相关;局部分析中,各影响因素的回归系数空间分布规律明显。(5)灌溉节水潜力分析为准确估算灌区节水潜力,科学制定灌区节水计划,以黑龙江省典型样点灌区——呼兰河灌区为例,通过调研及遥感技术,计算了2007~2014年呼兰河灌区的灌溉水利用效率和水分生产效率,并从“工程节水”和“真实节水”两个角度,分别计算了不同情景下的节水潜力。结果表明:SEBAL模型的计算结果与测算结果吻合度高,呼兰河灌区灌溉水利用效率与降雨量呈正相关,与净引水量呈显著负相关。经计算,制定的5年、8年、11年和15年的节水潜力区间分别为(1.702,5.103)×108m3、(1.783,5.184)×108m3、(1.865,5.266)×108m3和(2.301,5.702)×108m3;根据计算出的呼兰河灌区2007~2014年水分生产效率累计频率,制定近期(水分生产效率累计频率50%处)和远期(水分生产效率累计频率的70%处)节水计划的水分生产效率目标值分别为1.03 kg/m3和1.22 kg/m3,进而计算出近期和远期的累计节水潜力分别为1.18×108 m3和2.74×108 m3。(6)灌区节水潜力评价综合灌溉用水定额、灌溉用水效率、灌区种植指数、灌区效益、灌区环境5个层面,建立了适应于黑龙江省灌区的节水潜力评价指标体系,并利用方法集模型对黑龙江省23个大型样点灌区的节水潜力进行评价,结果表明:方法集模型可以循环修正单一方法评价结果间的差异,使得评价结果更具有说服力;通过计算大型灌区节水潜力与灌溉水利用效率、渠系水利用效率、田间水利用效率的排序关联度,得出大型灌区节水潜力与渠系水利用效率的排序关联度最大。
【图文】：

技术路线图

行政区划图,行政区划图,黑龙江省,总面积

图 2-1 黑龙江省行政区划图Fig.2-1 Administrative divisions map of Heilongjiang Province2 地形地貌黑龙江省的地势特征为东南部、西北部及北部位高，西南部、东北部低。黑龙江省地构成为：丘陵、山地、台地、平原和水面；西北部为东北-西南走向的大兴安岭山地，西北-东南走向的小兴安岭山地，东南部为东北-西南走向的张广才岭、老爷岭、完达其山地总面积约占黑龙江省总面积的 24.8%；300 m 以上海拔高度的丘陵总面积约占省总面积的 35.9%；黑龙江省西部的松嫩平原与东北部的三江平原构成中国东北部最的一部分，，平原总面积占黑龙江省总面积的 37.2%；200 m~350 m 海拔高度的台地面龙江省总面积的 14.2%。黑龙江省地形地貌分布情况见图 2-2。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S274

【参考文献】