本文關(guān)鍵詞：黑河中游綠洲多尺度農(nóng)業(yè)水文過程及用水效率的模擬分析與優(yōu)化調(diào)控研究　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：農(nóng)業(yè)水資源的高效利用是保障干旱的西北內(nèi)陸河流域水和生態(tài)安全以及社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。因此,充分認識內(nèi)陸河流域農(nóng)業(yè)水文過程及其對農(nóng)業(yè)節(jié)水和氣候變化的響應(yīng),對于制定合理節(jié)水方案,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源高效利用具有重要意義。本文以典型內(nèi)陸河流域—黑河流域的中游綠洲區(qū)為研究區(qū)域,基于田間尺度農(nóng)業(yè)水文模型(SWAP-EPIC)分別構(gòu)建了區(qū)域分布式模擬模型和區(qū)域經(jīng)濟優(yōu)化模型,以此開展了不同尺度下的農(nóng)業(yè)水文過程模擬、灌溉水均衡分析及用水效率評價,探討了農(nóng)業(yè)節(jié)水和氣候變化情景下的灌溉用水優(yōu)化調(diào)控策略,以為黑河中游農(nóng)業(yè)節(jié)水和高效用水調(diào)控提供科學(xué)參考。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)以黑河中游盈科灌區(qū)為研究區(qū),構(gòu)建了盈科灌區(qū)農(nóng)業(yè)水文分布式模擬模型,并以此開展了灌區(qū)尺度的灌溉用水評估。結(jié)果表明,灌區(qū)作物蒸散發(fā)量(ETa)平均為589mm,田間深層滲漏量(Dp)平均為125 mm,占田間灌溉量的21%。水分生產(chǎn)力空間變化明顯,田間水利用效率平均為0.8,灌區(qū)上游過量的灌溉導(dǎo)致其較大的田間滲漏量和較小的田間水利用效率及水分生產(chǎn)力。節(jié)水分析表明,通過灌區(qū)配水和灌溉制度改進,灌區(qū)Dp可減少30%,田間灌溉量可減少15%。(2)以黑河中游綠洲主要灌溉系統(tǒng)為研究區(qū),構(gòu)建了黑河中游綠洲農(nóng)業(yè)水文分布式模擬模型,并以此開展了綠洲尺度的農(nóng)業(yè)水文過程模擬及灌溉水均衡分析。模擬結(jié)果詳細刻畫了灌溉量、ETa、Dp和作物產(chǎn)量的空間分布,并系統(tǒng)分析了其影響因素。區(qū)域水均衡表明,研究區(qū)ETa總量僅占灌溉降雨總量的53%,而Dp和渠系輸水損失分別占到22%和25%。(3)基于農(nóng)業(yè)水文過程模擬結(jié)果,開展了黑河中游主要灌溉系統(tǒng)的灌溉用水效率評價。結(jié)果給出了不同尺度灌溉水有效利用比例(BWUF)和水分生產(chǎn)力(WP)的空間分布及其影響因素。田間與灌區(qū)尺度的BWUF平均分別為0.70和0.52,并在空間上呈現(xiàn)顯著差異。灌區(qū)尺度BWUF在近一半灌區(qū)內(nèi)低于全國平均水平(0.5)。作物水分生產(chǎn)力(WPC)的空間差異較小,在河西走廊地區(qū)處于中上等水平,而田間與灌區(qū)WP的空間變化增大且與WPC相比顯著減小。情景分析表明,通過及時且均勻的灌溉配水與田間灌溉制度改進,研究區(qū)總灌溉量可減少15%。(4)基于RCP4.5氣候情景下的動力降尺度氣象數(shù)據(jù),模擬分析了四種節(jié)水情景下未來30年(2021-2050年)黑河中游綠洲農(nóng)業(yè)水文過程及用水效率的響應(yīng),并評價了節(jié)水灌溉策略對氣候變化的適應(yīng)性。結(jié)果表明,改進灌溉制度情景(A和C)下未來30年研究區(qū)平均作物產(chǎn)量及耗水量、不同尺度WP和BWUF相對現(xiàn)狀節(jié)水情景的平均變化較小,但年際間波動明顯且在一些年份顯著下降。滴灌情景(B和D)的節(jié)水效果顯著,其產(chǎn)量和生產(chǎn)力多表現(xiàn)為增加且Dp下降顯著。總體上,改進灌溉制度在未來不利氣候條件下具有一定局限性,而滴灌情景對未來氣候變化適應(yīng)性更好,對保障產(chǎn)量和節(jié)水更有利。(5)將SWAP-EPIC模型與優(yōu)化模型結(jié)合,構(gòu)建了基于過程的區(qū)域經(jīng)濟優(yōu)化模型,并應(yīng)用于盈科灌區(qū)灌溉用水優(yōu)化中。該模型分為兩層,分別求解子系統(tǒng)內(nèi)灌溉用水及種植面積的最優(yōu)分配和各子系統(tǒng)間的最優(yōu)灌溉配水,且兩層間通過協(xié)調(diào)變量相互聯(lián)系。構(gòu)成第一層目標函數(shù)的作物水分生產(chǎn)函數(shù)(CWPF),通過SWAP-EPIC模型針對不同作物-土壤單元和氣候條件模擬得到。經(jīng)過優(yōu)化,盈科灌區(qū)的灌溉總效益在現(xiàn)狀供水水平下可平均提高15%。在不減少當(dāng)前灌溉效益條件下,灌區(qū)總灌溉量可減少23%。應(yīng)用表明模型可作為區(qū)域尺度灌溉用水優(yōu)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 .

【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S27

【參考文獻】

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本文編號：1418629