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中国生态农业学报 2011年第5期19卷 1004-1010页

作者：沈彦俊刘昌明中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心石家庄050022

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站在农田水分循环和水量转化方面的研究工作和进展。目前,对于冬小麦-夏玉米农田的蒸散耗水量及其结构(植物蒸腾和土壤蒸发)有较详细的研究结果。全年总蒸散量多年平均870 mm,每年亏缺的350 m... 详细信息

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站在农田水分循环和水量转化方面的研究工作和进展。目前,对于冬小麦-夏玉米农田的蒸散耗水量及其结构(植物蒸腾和土壤蒸发)有较详细的研究结果。全年总蒸散量多年平均870 mm,每年亏缺的350 mm左右需要靠提取地下水保证;同位素分析结果显示土壤蒸发的深度在地表下20 cm处,而植物蒸腾耗水也主要是利用0-40 cm土层的土壤水分。对于土壤深层渗漏量和地下水接受垂直补给的问题,不同研究结果间仍然存在较大差异,尚需更精细的试验来确定。对于区域水量平衡和地下水资源可持续性的评价和管理,目前急需重点开展区域蒸散量的精确估算和模拟研究,以及不同土地利用和不同农业种植方式的水量平衡与水分转化过程研究。

关键词：农田水循环能量平衡水量转换蒸散结构华北平原井灌区

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华北平原灌区农田水循环健康评价 ——以军留灌区为例

华北平原灌区农田水循环健康评价 ——...

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作者：王旖河北工程大学

学位级别：硕士

随着经济社会的飞速发展以及气候变化的加剧,水循环过程在人工驱动力的作用下逐渐发生改变,农田水循环由于人工取用水的增加而逐渐呈现出“自然-社会”二元属性。近年来,为满足人类生活生产需要,灌区过多注重水资源的经济效益,忽视了农... 详细信息

随着经济社会的飞速发展以及气候变化的加剧,水循环过程在人工驱动力的作用下逐渐发生改变,农田水循环由于人工取用水的增加而逐渐呈现出“自然-社会”二元属性。近年来,为满足人类生活生产需要,灌区过多注重水资源的经济效益,忽视了农田水循环的自然规律及可持续性,引发了诸如井灌区地下水超采及生态环境恶化等问题,对灌区内农业高质量生产造成了严重威胁。在这种背景下,“把脉”农田水循环健康状况成为解决以上问题的前提。本文选取位于华北地区典型井渠灌相结合的灌区——军留灌区作为研究区域,就灌区尺度下农田水循环健康展开了深入研究,主要成果如下:（1）在系统分析农田水循环路径并梳理前人在健康水循环研究的基础上,多角度全过程解析了农田健康水循环的概念,认为在灌区尺度下,自然水循环与社会水循环相互协调、共同作用,水循环各子过程均呈现健康且系统达到和谐的状态,即水源多样且配置合理、灌溉用水保质保量、取输水高效节水、用耗水高效高产、退排水过程快速且少污染的循环状态。在此基础上,并将其与相似概念进行了对比分析。（2）基于农田水循环结构及其健康概念的解析,采用层次分析法形成了灌区尺度下农田水循环健康评价指标体系,共包含4个维度15个指标;其次构造指标体系的判断矩阵,计算各指标及维度层权重;根据国家发布的相关标准并参考已有研究,确定了灌区农田水循环健康评价指标阈值体系。（3）选用上述评价体系,诊断了军留灌区2010～2019年间农田水循环健康状况:（1）综合结果显示,2010～2015年灌区农田水循环健康状况为“病态”,其中2013年以前农田水循环健康状况基本无明显变化,2014年开始稳步提升,2015～2019年健康状况得到改善,状态提升为“一般”。（2）维度层评价结果显示,水源、取输水子过程、用耗水子过程三个维度的健康状况近年来均得到明显提升,退排水子过程健康状况无较大变化,大多数处于“病态”。（3）指标评价结果显示,渠道灌溉水渗漏率、水分生产率、种植结构合理性指标及农田防渍排涝达标率的评价结果最好,近年来基本处于“亚健康”或者“健康”状态;灌溉水质达标率、田间输水管道化水平、高效节水灌溉面积比、地表水占比及水源多样性近年来健康状况得到明显提升;其余6个指标评价结果较差。针对上述评价结果,对灌区建设和运维管理提出了相应的参考建议,成果丰富了区域健康水循环的概念,也为其他灌区农田水循环健康评价提供参考,为灌区水资源可持续发展提供决策依据。

关键词：农田水循环健康水循环评价指标体系层次分析法（AHP）

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变化环境下农田水生产力定量表征研究进展与展望

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灌溉排水学报 2021年第5期40卷 76-80,99页

作者：王惟舒汪超子王兴旺霍再林中国农业大学中国农业水问题研究中心北京100083

【目的】农田水生产力是描述农业用水与农业产出的综合指标,其定量表征是农业水资源及农业生产规划与管理的重要基础,在气候变化及农业节水等农田管理模式改变等变化环境下农田水生产力定量表征成为国内外研究的热点。【方法】在解析农... 详细信息

【目的】农田水生产力是描述农业用水与农业产出的综合指标,其定量表征是农业水资源及农业生产规划与管理的重要基础,在气候变化及农业节水等农田管理模式改变等变化环境下农田水生产力定量表征成为国内外研究的热点。【方法】在解析农田水生产力形成过程的基础上,从作物气孔-蒸腾-光合耦合过程、农田水循环及量化表征、农田水生产力过程量化及对变化环境响应等方面对目前相关研究进行了综述。【结论】未来应突破作物蒸腾-土壤水-地下水耦合机制、基于作物生长与水循环耦合过程的农田水生产力模型、农田水生产力对气候变化及农业节水的响应模拟3方面的研究。对变化环境下农田水生产力定量表征的未来研究进行了展望。

关键词：变化环境农田水生产力定量表征农田水循环

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2002—2011年华北平原北部农田缺水时空分布特征研究

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北京大学学报(自然科学版) 2015年第6期51卷 1111-1118页

作者：李鹏飞冯瑶赵昕奕教育部地表分析与模拟重点实验室北京大学城市与环境学院

利用华北平原北部气象站点实测气温、降水、风速等基本气象要素数据,结合土壤相对湿度数据,计算降水量、作物需水量和土壤水分变化量3个水分循环的核心变量,构建华北平原北部农田水循环模型,设计缺水量指标,并分析2002—2011年华北平原... 详细信息

利用华北平原北部气象站点实测气温、降水、风速等基本气象要素数据,结合土壤相对湿度数据,计算降水量、作物需水量和土壤水分变化量3个水分循环的核心变量,构建华北平原北部农田水循环模型,设计缺水量指标,并分析2002—2011年华北平原北部农田缺水量的逐旬时空变化。结果表明:华北平原北部的农田在整个作物生长阶段严重缺水,大多数月份所有地区缺水,仅7月中旬自然水分较为充足;春季是华北平原北部农田干旱最严重的时期,以河北中南部地区春旱最为严重;秋季干旱程度相比春季较轻,干旱相对严重的区域位于研究区域西北部;衡水以及北京西部地区在整个作物生长阶段均严重缺水,是干旱最为严重的区域。研究结果可为研究区水分利用管理及农田灌溉提供参考。

关键词：华北平原北部农田水循环需水量缺水量

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毛乌素沙地农田水分动态变化规律与数值模拟

毛乌素沙地农田水分动态变化规律与数值模拟

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作者：包含中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

毛乌素沙地位于中国西北半干旱地区，气候干旱，降水稀少，地下水埋深浅，生态环境脆弱。研究区位于毛乌素沙地海流兔河流域，当地农业、牧业和矿业发达，而水资源的短缺成为了制约经济发展的重要障碍。本文以原位试验为中心，结合Hydru... 详细信息

毛乌素沙地位于中国西北半干旱地区，气候干旱，降水稀少，地下水埋深浅，生态环境脆弱。研究区位于毛乌素沙地海流兔河流域，当地农业、牧业和矿业发达，而水资源的短缺成为了制约经济发展的重要障碍。本文以原位试验为中心，结合Hydrus-1D软件利用数值模拟方法研究毛乌素沙地农田水分动态变化规律和水分通量。通过研究2011年和2012年春玉米生长过程中农田水循环各水分通量的联系、变化和特征，了解研究区农田水分利用和动态变化情况，揭示农作物的耗水机理，以期为当地农业生产提供指导。通过原位试验和数值模拟发现：研究点地下水埋深在55.6-130cm之间，地下水与耕作层之间存在明显水力联系，并且与地下水位以上50-60cm处土层含水率相关性最强。玉米根系的主要活动层在50cm深以上，根系吸水主要集中在20cm深附近。玉米棵间蒸发的水分主要来源于40cm深度以上土层，少量来自于深层土壤和地下水，而蒸腾所耗水量有很大一部分来源于深部土层以及地下水。在春玉米生长过程中出现的零通量面与地下水位埋深、玉米生长发育和降水灌溉有关。玉米的蒸腾蒸发作用在每个生长期是不同的，在玉米生长迟缓的初期和后期，蒸发比例大于玉米快速发育阶段的蒸发比例，但是在玉米快速发育时期，蒸腾作用逐渐增强。土壤水分含量也随时间出现不同剧烈程度的变化，从春玉米的苗期至蜡熟期，土壤水分变化经历了缓慢—剧烈—缓慢的过程，并在30-40cm深处出现了一个相对干燥的土层。土壤层中10cm、20cm深处水分消耗最快，当10cm深处土水势值低于-0.15bar时会发生根系提水现象。 2011年玉米全生育期的蒸腾蒸发总量为580.32mm，地下水对玉米生长的水分贡献量为220.09mm，蒸发占蒸腾蒸发的比例为31%。2012年玉米全生育期的蒸腾蒸发总量为411.7mm，地下水的贡献量为33.7mm，蒸发占蒸腾蒸发的比例为38.23%。受气象因素和作物生长的影响，2011年和2012年的蒸腾蒸发总量有很大差异，各气象因子对造成这种差异的影响程度为风速>空气相对湿度>净辐射≈日最高温>日最低温。当前的灌水量会造成深层渗漏，为了节水灌溉，可将灌溉量减少为原水量的72%。在2011年气象和玉米生长条件下，通过Hydrus-1D推测出，随地下水位的下降，作物对地下水的利用量减少，灌溉量增加。当地下水位下降到埋深为147cm的时候，玉米生长将不再利用地下水，而此时的灌溉量也达到最大。

关键词：毛乌素沙地春玉米 Hydrus-1D 农田水循环地下水

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采煤塌陷区复垦地灌排工程优化布局与设计

采煤塌陷区复垦地灌排工程优化布局与设计

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作者：胡斯佳中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

煤炭地下开采造成土地塌陷，形成采煤塌陷积水区。尤其是在黄淮海平原区，由于土壤富水条件好，地下水位高，多煤层开采形成了深度大、范围广、库容量较大的塌陷积水分布区。采煤塌陷造成土地损毁、地表积水、水环境破坏等问题如不及时... 详细信息

煤炭地下开采造成土地塌陷，形成采煤塌陷积水区。尤其是在黄淮海平原区，由于土壤富水条件好，地下水位高，多煤层开采形成了深度大、范围广、库容量较大的塌陷积水分布区。采煤塌陷造成土地损毁、地表积水、水环境破坏等问题如不及时治理，将引发严重的社会问题。本文以徐州贾汪潘安采煤塌陷区为研究对象，通过对国内外采煤塌陷区的复垦理论和方法进行总结，从采煤塌陷对水资源的影响入手，理论联系实际，提出高潜水位采煤塌陷区的农田水循环修复方法、灌溉管道的优化布局和农田排水沟的布局与设计研究。（1）针对采煤塌陷对研究区地表水、土壤水和浅层地下水的不同破坏类型，运用复垦区水资源总量平衡理论，在对塌陷土地复垦功能分区的基础上通过修建封闭圩堤，建立沟深网密的排水系统，土体重构等工程措施，修复塌陷区的农田水循环;（2）在研究区采用低压输水管道进行灌溉，在树状管网布设时，根据管道长度最短，管网造价最低的原则，运用最小生成树法进行布局规划设计。同时以管径为决策变量，以单位长度的管道整理投资费用和年能耗费用最小为目标，建立优化模型，计算出最优的经济管径，节约了土地整理投资费用，提高了工程设计的效率;（3）在高潜水位采煤塌陷区建立沟沟相通的排水系统，在垂直等高线上按照排水沟、生态湖和屯头河进行梯级调控，形成立体的拦、蓄、灌、排农田水资源调控体系。采用正交试验法，并通过混凝土渗透系数、抗压强度和排水沟室内模拟试验，研制出透水型煤矸石粉煤灰混凝土的最优配合比：煤矸石代替30%的碎石，粉煤灰代替15%的水泥。本文在采煤塌陷区复垦工程中的水系修复和灌排工程优化布局与设计，突出了修复水系循环和提高水资源利用率的思想，为我国采煤塌陷区的水系修复研究提供参考，为更好的煤矿区复垦规划和建设塌陷积水区提供技术支持。

关键词：采煤塌陷土地复垦农田水循环灌溉排水沟

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