基于NSGA-Ⅲ算法与TOPSIS决策下的区域水资源多目标优化配置

为缓解水资源供需紧张,指导区域用水管理,以社会、经济、生态综合发展为目标,供水量与需水量双向约束构建区域水资源优化配置模型.结合该模型特点,引入NSGA-Ⅲ算法对模型进行求解,以寻求Pareto前沿面与最优解集.同时,利用TOPSIS决策理论对众多Pareto可行解进行综合评价,选择权衡解作为最佳折衷方案.将该模型应用于南阳市鸭河口灌区进行验证,对灌区来水频率P=75%时下近期水平年与远期水平年进行水资源优化配置,并进行二次水资源供需平衡分析.结果表明,相对于基本方案,折衷方案在近期水平年余水量增长至11 497.60万m3,可节约水资源3 272.38万m3;远期水平年由缺水4 279.28万m3变为余水3 950.30万m3,可节约水资源8 229.58万m3,节水效果明显,符合鸭河口灌区整体规划与用水需求.     

离心机法测定土壤水分特征曲线中的收缩特性

为了探明土壤在离心力作用下的收缩规律,开展了离心机法测定土壤水分特征曲线试验.砂壤土和黏壤土分别设定3个初始容重,以离心机法测定的数据为基础,研究了离心力变化下的土壤收缩规律,并通过van Genuchten-Mualem(VG-M)模型对2种情景模式(考虑容重变化和未考虑容重变化)下所测定的土壤水分特征曲线进行拟合,并以此估算所得的土壤水力特性参数对沟灌二维水分运动特性进行了数值模拟,同时结合室内试验对比分析了参数的合理性.结果表明,离心机转速增大,土壤含水率降低,容重随之增大,当吸力为7 000 cm时,砂壤土和黏壤土的容重分别近于1.81和1.79 g/cm³;基于土壤收缩特征曲线,供试土壤收缩过程可采用三直线模型进行表征,但各收缩段的吸力范围存在差异;与未考虑容重变化所得VG-M模型中的参数值相比,考虑土壤容重变化所得的滞留含水率θ_r和进气吸力值倒数a均增大,但形状系数n均减小;以考虑土壤容重变化所得VG-M参数为基础进行沟灌二维水分运动数值模拟,其入渗水量、湿润锋运移距离(垂直和水平)与实测值的误差绝对值均值分别为5.8%,3.0%和2.6%,较未考虑容重变化时精度分别提高了39.2%,57.2%和52.9%.因此离心机法测定土壤水分特征曲线的过程中需考虑土壤容重的变化,且以此获得的参数能够较为显著地提高数值模拟精度.     

沟灌肥液入渗硝态氮运移特性数值模拟及影响因素分析

为探明沟灌肥液(硝酸钾,KNO3)入渗特性,选取杨凌区砂壤土和黏壤土作为供试土壤,以室内试验资料为基础,对不同肥液浓度条件下的土壤水力特性参数与溶质运移参数进行了反演,并模拟分析了不同因素对沟灌肥液入渗过程中硝态氮(NO3--N)的运移规律。结果表明:肥液浓度变化对土壤水力特性参数有一定的影响,其中土壤饱和含水率θs、形状系数n、饱和导水率Ks随肥液浓度的增大呈增加趋势,但进气吸力倒数a值则呈现减小趋势;采用反演所得参数对沟灌肥液入渗过程进行了模拟,其中不同位置处土壤水分和NO3--N模拟值与实测值相对误差绝对值均值最高分别为6.52%和11.49%,说明反演所得土壤水力特性参数和溶质运移参数是可靠的;土壤初始含水率和肥液浓度对NO3--N分布的影响较显著,其中NO3--N分布范围随着土壤初始含水率和肥液浓度的增大而增大;沟中水深和沟底宽对NO3--N竖直向分布影响较小,但对水平向分布影响较大,其水平向分布范围随着沟中水深和沟底宽的增大而增大。研究结果可为农田沟灌施肥系统的设计与管理提供理论依据。     

平作紫花苜蓿滴灌前后盐碱地土壤水盐运移研究

试验为研究滴灌对盐碱地土壤的改良作用,合理开发和利用盐碱地资源,以耐盐碱牧草紫花苜蓿为试验材料,按12 mm的灌水定额和一周一次的灌水频率,来研究滴灌过程中,一次滴灌前后盐碱地土壤水盐运移规律。结果表明:滴灌对盐碱地土壤有良好的淋洗作用,滴灌后24和72 h,滴头下表层土壤的电导率和p H分别较滴灌前降低了72.2%和8.2%、74.7%和5.0%。滴灌结束后,随时间增加,土壤水分蒸发量增多,返盐现象严重。