基于作物耗水定额控制的灌溉管理模型

海河流域水资源供需矛盾突出,其中农业灌溉所占用水量和耗水量比例最大,而其水分利用效率相对偏低,因此节水潜力较大,为合理调控区域灌溉用水,本文将田间试验观测为基础的灌溉节水理论和方法与遥感数据反演区域耗水(ET)的点面优势相结合,提出了基于作物耗水定额管理的农业灌溉管理模型,通过控制区域上的作物耗水量分布,促进区域灌溉水资源的合理调配和利用,实现资源性节水。模型主要功能包括遥感反演数据统计分析、区域耗水目标分解、作物ET定额分配、种植结构调整、节水潜力分析以及净灌溉需水量估算。可实现从区域综合耗水控制目标向主要作物ET定额的分解,并转化为灌溉用水管理中可控制的灌溉定额,通过逐年设置主要作物的ET控制定额和种植结构情景方案,分析区域的节水潜力,消除奢侈耗水,实现不同水文年和耗水控制阶段目标下的灌溉定额管理,为区域灌溉水管理提供技术支持。     

近15年海河流域水资源变化及基于耗水理念的流域节水管理建议

在"节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力"治水方针中,节水是前提要求。海河流域是资源性缺水地区,水资源开发利用率超过100%,地下水超采问题严重,如何真正实现节水是解决流域水问题的关键。在流域水循环过程中,蒸散发(ET)是水资源的最终消耗途径,降低ET是实现节水的根本途径,探索基于ET的区域耗水监测可作为推进水利行业强监管的突破性手段。从耗水管理理念入手,基于近15年海河流域水资源公报和遥感监测ET数据,分析了海河流域水循环要素变化情况,提出了基于耗水理念的流域节水管理建议。     

基于模糊决策理论的水资源优化配置方案评估探析

为有效提升区域水资源优化配置方案比选过程的客观性与科学性,探索了基于层次分析法的流域水资源配置方案综合评估指标体系,构建了基于模糊决策理论的水资源优化配置方案评估模型,通过分析流域的水资源现状、水资源利用效率、区域防洪水平以及经济社会等方面的指标优度数值,从而优选最佳的水资源配置方案。实例应用表明,该模型可有效降低评估优选过程中的主观因素,方案评估结果客观可靠。研究可为区域水资源优化配置方案的评估优选提供决策依据。     

基于蒸腾蒸发量指标的水资源合理配置方法

本文基于真实节水理念,提出了基于流域或区域蒸腾蒸发量(Evapotranspiration, ET)指标、以可消耗ET量分配为核心的水资源合理配置技术框架.该框架以分布式水文模型、多目标分析模型、水资源配置模拟模型等组成的模型体系为支撑,包括可消耗ET计算、可消耗ET分配和ET分配方案验证等技术流程,从流域或区域总来水量、蒸腾蒸发量和供水量、用水量、耗水量与排水量两层面,围绕ET指标进行水平衡分析与分配计算.以南水北调中线工程实施后北京市水资源合理配置问题为实例,进行了应用研究的尝试.     

基于供耗平衡的区域水资源规划实例研究

供耗平衡分析是当前流域水资源规划中提出的一个新概念。它是以ET控制为基础,以区域真实节水为手段,以实现区域水资源的可持续利用为最终目的。本研究基于供耗平衡分析原理,以SWAT模型为平台构建了分布式水文模型,结合基线调查,对新乡县水资源利用进行规划。通过耗水平衡分析,确定了近、中、中长期规划下的区域耗水目标;在方案分析的基础上,得到了规划年的最优方案集。优选方案评价结果表明:2010年、2015年和2020年目标ET的完成情况为91%、86%、95%;2010年、2015年和2020年地下水超采控制目标完成情况为43%、67%、95%;2020年基本实现了供耗平衡。结果表明:2020年新乡县地下水环境可得到明显改善,在合理的规划下其水资源可实现持续利用。     

水资源配置中的生态耗水系统分析

在分析水循环中经济用水和生态用水特点的基础上，根据流域二元水循环模式和耗水平衡原理、径流过程和需水过程的特点，简述了水资源配置系统分析的思路和方法。在分析不同地区生态保护目标特点的基础上，给出了水资源模拟中生态耗水的计算方法，建立了以湖泊或湿地耗水、河道生态用水约束、区域地表生态耗水以及流域出境下泄水量构成的流域生态耗水系统，与水资源配置系统有机地结合在一起，并以松辽流域水资源综合规划嫩江流域的成果简要地说明了生态耗水的分析计算。     

西辽河流域水资源合理配置研究

在现有的水资源配置研究成果基础上,运用运筹学方法和规则模型方法,构建了面向经济耗水与生态耗水总量控制的基于优化技术的水资源配置模型和基于规则的水资源配置模型,结合西辽河流域实际情况,根据水资源＂三次平衡＂的配置思想,通过不同组合方案的长系列逐月调节计算,提出不同规划水平年水资源配置系列成果,实现了优化模型与规则模型相互校验和印证,使水资源配置结果科学合理和简单实用,为编制西辽河流域水资源综合规划和实施最严格的水资源管理制度提供了重要依据。     

基于耗水平衡分析的区域水资源管理

传统的供水管理和需水管理难以满足水资源可持续利用的要求,从耗水管理角度出发,以区域耗水平衡为理念,采用SWAT模型对河北省馆陶县基于蒸腾蒸发(ET)的水资源管理进行了分析,模拟了小白龙灌溉、低压管灌和喷灌3种不同节水灌溉方式下分别对应的6种作物种植结构调整模式(共18套水资源管理方案)的区域耗水水平。研究结果表明,低压管灌和喷灌两种节水灌溉方式对于减少区域ET量的作用与其所减少的取水量相比差距较大,真实节水效果并不十分显著。影响区域ET的主要因素是降水,区域ET量在湿润年份明显要高于干旱年份。这一规律并不随着灌溉方式和作物种植结构调整而发生根本性变化。灌溉对冬小麦生育期ET量的影响要显著高于对玉米生育期ET量的影响,减少冬小麦种植面积可以有效降低区域ET量。因此,馆陶县实现区域耗水平衡的最佳灌溉管理方案是灌溉方式为喷灌、冬小麦种植面积减少20%且全部改种为棉花。研究结果可为区域水资源管理和水资源高效利用提供参考。     

海河流域ET耗水量分布特征研究

海河流域属于资源性严重缺水地区,近年(2002一2008年)年均降水量495.7mm,而同期平均耗水量(ET)511.1mm。随着海河流域经济社会的快速发展,水资源需求日益增加,加剧了流域内水资源的供耗矛盾。基于遥感监测反演的海河流域ET耗水信息,分析流域内ET耗水量的时空分布规律、下垫面条件对ET耗水的影响等,可以为节水、高效用水及基于耗水的水资源管理提供数据参考。     

基于最严格水资源管理制度的水资源利用考核关键技术研究——以南水北调东线江苏省受水区为例

针对技术与管理层面对最严格水资源管理制度量化实施支撑不足的问题,为满足跨流域调水复杂水工程集群的管理需求,以南水北调江苏受水区为研究对象,从水资源高效利用角度出发,基于课题组建立的多层次水资源模拟与配置模型,核定并解析地级市、水资源分区、区段、梯级等多层次区域用水总量控制目标,基于现状用水与高效用水不同模式,进行用水总量考核;构建水资源利用效率指标体系,评估水资源利用效率。结果表明:水资源利用总量控制考核全体达标;水资源利用效率方面,北高南低,差距较大,其中最高综合得分1. 2,最低-5. 1;研究区节水潜力有待进一步深入挖掘,尤其是在水源相对充足的区域,水资源利用效率更为低下。基于多层次水资源模拟与配置模型及其反算功能,解决了省控控制条件与不同层面水资源管理部门量化执行需求之间的脱节,为最严格水资源管理制度下的水资源利用考核提供技术支撑,为区域水资源管理提供示范与借鉴。     

基于概率神经网络的文山州水资源配置合理性评价分析

通过分析概率神经网络(以下称PNN)的基本结构及其训练算法,依据水资源丰沛区水资源合理配置评价指标标准,建立PNN水资源合理配置评价模型,对文山州不同规划水平年水资源配置的合理性进行综合评价。结果表明：①不同规划水平年各评价区域水资源配置评价为3~7级,即处于基本合理与合理之间,基本反映了文山州现状及中、长期水资源配置状况,符合区域发展现状,说明研究建立的PNN评价模型和评价方法是合理可行的。②概率神经网络模型在分类精度上优于误差反向传播神经网络模型,且方法简单可行,运算时间短,不存在局部最优值,能够有效实现对水资源配置合理性的综合评价,是一种可以运用的区域水资源配置合理性评价方法。     

黄河流域干流河段水资源调配多目标优化模型

目前黄河水资源的分配手段仍存在不少问题,用水量同比例丰增枯减不利于黄河水量的合理利用,传统的调度方式也无法使资源、社会达到协调发展。根据黄河水资源的实际情况,考虑各地区用水的公平合理性,建立黄河干流河段多目标优化配水模型,采用改进遗传算法来求解河段优化配水问题。结果表明:经过改进遗传算法的优化求解,可以将黄河干流水资源量科学合理地分配到各河段,全区缺水率控制在10%以下,并且满足河道断面的生态流量需求,符合社会、生态对于水资源开发利用的要求,最大程度地发挥了水资源的综合效益。     

基于R-ET融合的黄河流域水资源管理和调控案例研究

针对目前黄河流域存在的实际引黄耗水总量超过年度分水指标、地下水超采等问题,分析其原因在于水资源管理主要侧重于供水管理,调控的是取水量,忽视了水资源在使用过程中的循环转化与消耗,因此提出基于R-ET(Runoff-Evapotranspiration/径流—土壤水分蒸发蒸腾损失总量)融合的新型水资源管理模式,以"耗水"管理替代"取水"管理,控制区域ET从而实现真实节水。以黄河流域兰州至头道拐区间为研究实例,通过分析各分项ET(Evapotranspiration/土壤水分蒸发蒸腾损失总量)调控的可行性,提出了4种节水方案,可使引黄水量从无节水的98.6亿m3减少至42.96亿m3,从而达到了降低该区域实际耗水量的目的。该管理模式有利于完善黄河流域的水资源管理体系,为黄河的健康可持续发展奠定基础。     

作物生产水足迹量化方法与评价研究

农业用水效率评价是农业水资源管理的基础。作物生产水足迹有效的统一了旱作、灌溉农业以及不同尺度的水分利用效率评价指标,为农业水资源管理提供了新的评价指标与工具。本文在现有作物生产水足迹量化方法的基础上,提出了基于区域耗水量和区域用水量的作物生产水足迹量化方法,形成了三种适用于不同评价目标和尺度的量化方法。以中国大陆为研究对象,利用不同方法对小麦水足迹进行量化,探讨了三种方法的特点和适用性。研究表明三种量化方法具有各自的适用范围和科学内涵,基于田间作物蒸发蒸腾量所得到的作物生产水足迹能够反映田间尺度水分利用效率、农业资源禀赋;基于区域耗水量的计算方法能够反映区域尺度水分利用效率、农业资源禀赋和区域耗水特性;基于区域用水量的水足迹量化方法能够反映区域尺度水分利用效率、灌溉系统运行水平与农业生产用水量。鉴于三种作物生产水足迹量化方法的差异性,在进行水足迹量化评价时,需根据具体的研究尺度和评价目标确定作物生产水足迹量化方法,使量化和评价结果更为科学合理。     

基于人水和谐和“三条红线”的水资源配置研究

以人水和谐为目标,在综合分析、合理确定区域取用水总量、用水效率和纳污能力“三条红线”控制指标的基础上,开展了水资源配置研究,结合人水和谐量化方法,进行了不同方案下的水资源配置结果和谐度分析,将满足“三条红线”控制指标且和谐度最大的方案作为推荐的水资源配置方案,为实施区域最严格水资源管理提供依据。     

基于ET控制的平原区县域水资源管理研究

受气候变化和人类活动的影响,水循环过程发生改变,单纯基于用水侧考虑已不能完整反映区域的水资源问题,必须从水资源物理成因角度开展用水控制。本文从水资源的自然属性出发,以水循环过程为基础,重点阐述了基于ET控制的水资源管理的基本理论与方法,针对平原区县域的特征,提出了基于ET控制的平原区县域水资源管理模型及计算方法,并以地下水超采典型区—滦南县为例进行了实例应用。模型以县域ET控制为手段,以消减ET实现为目标,从水资源的物理驱动过程入手,考虑了产业发展、种植结构、节水潜力以及地下水超采等县域发展的实际问题,使规划管理方案更贴近县域生产实际,控制超采更具可操作性。     

基于数据驱动的区域水资源智能配置研究

针对目前存在的水资源短缺、水资源利用不合理、水资源配置理论不完善的问题,研究了一种基于数据驱动的区域水资源智能配置方法,以提高区域水资源利用合理度,为区域水资源规划与管理提供技术支持。首先提出由水资源配置决策模型、水资源配置方案评价模型及配置预案库等构成的水资源智能配置模式,其中,水资源配置方案评价模型由基于层次分析-模糊综合评价法的水资源合理配置评价指标体系构建,用于对水资源配置方案进行评价,它一方面对配置方案进行预检验,另一方面为配置决策模型提供配置预案等经验知识;水资源配置决策模型采用人工神经网络在对配置预案库进行学习的基础上建立,用于提供初始配置方案。应用嘉兴市2010年相关数据对该模式的有效性进行了检验,结果表明,在水资源总量不变的情况下,分别考虑嘉兴市整体协调发展和重点发展兼顾整体的两种用水思路,基于数据驱动的水资源智能配置模式均能给出符合预期目标的水资源分配方案,并且具有自适应、容错性、智能化等特征,从而为区域水资源规划与管理提供有效的支撑工具。     

基于广义ET的水资源与水环境综合规划研究Ⅱ:模型

在所提出的广义ET区域水资源综合规划的理念和研究框架基础上,本文构建了基于广义ET的区域水资源与水环境综合模拟模型,该模型由分布式水文SWAT模型、人工水平衡AWB模型及分布式地下水MODFLOW模型耦合而成,实现了地表水和地下水、天然水循环和人工水循环、水量和水质联合模拟。该模型可作为区域水资源与水环境综合规划的工具。以天津市为例,从地表水径流、地表水水质、地下水以及模型模拟ET结果等方面对模型进行了校验,校验结果表明模型可进行不同节水、水资源配置、点源和非点源水污染控制、水生态修复规划方案的情景模拟,为区域水资源与水环境规划提供支撑。