黑河中游绿洲多尺度农业水文过程及用水效率的模拟分析与优化调控研究

发布时间：2018-01-13 11:07

本文关键词：黑河中游绿洲多尺度农业水文过程及用水效率的模拟分析与优化调控研究　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：农业水资源的高效利用是保障干旱的西北内陆河流域水和生态安全以及社会经济持续发展的关键。因此,充分认识内陆河流域农业水文过程及其对农业节水和气候变化的响应,对于制定合理节水方案,实现农业水资源高效利用具有重要意义。本文以典型内陆河流域—黑河流域的中游绿洲区为研究区域,基于田间尺度农业水文模型(SWAP-EPIC)分别构建了区域分布式模拟模型和区域经济优化模型,以此开展了不同尺度下的农业水文过程模拟、灌溉水均衡分析及用水效率评价,探讨了农业节水和气候变化情景下的灌溉用水优化调控策略,以为黑河中游农业节水和高效用水调控提供科学参考。主要研究内容与结论如下:(1)以黑河中游盈科灌区为研究区,构建了盈科灌区农业水文分布式模拟模型,并以此开展了灌区尺度的灌溉用水评估。结果表明,灌区作物蒸散发量(ETa)平均为589mm,田间深层渗漏量(Dp)平均为125 mm,占田间灌溉量的21%。水分生产力空间变化明显,田间水利用效率平均为0.8,灌区上游过量的灌溉导致其较大的田间渗漏量和较小的田间水利用效率及水分生产力。节水分析表明,通过灌区配水和灌溉制度改进,灌区Dp可减少30%,田间灌溉量可减少15%。(2)以黑河中游绿洲主要灌溉系统为研究区,构建了黑河中游绿洲农业水文分布式模拟模型,并以此开展了绿洲尺度的农业水文过程模拟及灌溉水均衡分析。模拟结果详细刻画了灌溉量、ETa、Dp和作物产量的空间分布,并系统分析了其影响因素。区域水均衡表明,研究区ETa总量仅占灌溉降雨总量的53%,而Dp和渠系输水损失分别占到22%和25%。(3)基于农业水文过程模拟结果,开展了黑河中游主要灌溉系统的灌溉用水效率评价。结果给出了不同尺度灌溉水有效利用比例(BWUF)和水分生产力(WP)的空间分布及其影响因素。田间与灌区尺度的BWUF平均分别为0.70和0.52,并在空间上呈现显著差异。灌区尺度BWUF在近一半灌区内低于全国平均水平(0.5)。作物水分生产力(WPC)的空间差异较小,在河西走廊地区处于中上等水平,而田间与灌区WP的空间变化增大且与WPC相比显著减小。情景分析表明,通过及时且均匀的灌溉配水与田间灌溉制度改进,研究区总灌溉量可减少15%。(4)基于RCP4.5气候情景下的动力降尺度气象数据,模拟分析了四种节水情景下未来30年(2021-2050年)黑河中游绿洲农业水文过程及用水效率的响应,并评价了节水灌溉策略对气候变化的适应性。结果表明,改进灌溉制度情景(A和C)下未来30年研究区平均作物产量及耗水量、不同尺度WP和BWUF相对现状节水情景的平均变化较小,但年际间波动明显且在一些年份显著下降。滴灌情景(B和D)的节水效果显著,其产量和生产力多表现为增加且Dp下降显著。总体上,改进灌溉制度在未来不利气候条件下具有一定局限性,而滴灌情景对未来气候变化适应性更好,对保障产量和节水更有利。(5)将SWAP-EPIC模型与优化模型结合,构建了基于过程的区域经济优化模型,并应用于盈科灌区灌溉用水优化中。该模型分为两层,分别求解子系统内灌溉用水及种植面积的最优分配和各子系统间的最优灌溉配水,且两层间通过协调变量相互联系。构成第一层目标函数的作物水分生产函数(CWPF),通过SWAP-EPIC模型针对不同作物-土壤单元和气候条件模拟得到。经过优化,盈科灌区的灌溉总效益在现状供水水平下可平均提高15%。在不减少当前灌溉效益条件下,灌区总灌溉量可减少23%。应用表明模型可作为区域尺度灌溉用水优化的有效工具。
[Abstract]:In this paper , the spatial distribution of agricultural hydrological processes , irrigation water equilibrium and water use efficiency are analyzed . The results show that the irrigation area of the river reaches only 53 % of the total amount of irrigation rainfall , and the irrigation water use efficiency is reduced by 15 % . ( 4 ) Based on the dynamic downscaling weather data under the climate scenario of RCP4.5 , the response of water saving irrigation strategy to agricultural hydrological process and water efficiency in the future 30 years ( 2021 - 2050 ) is simulated and analyzed .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S27

【参考文献】