Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 黑河中游绿洲不同尺度用水效率模拟与优化 | |
| 韩聪颖 | |
| 出版年 | 2019 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 刘钰 ; 张宝忠 |
| 学位授予单位 | 中国水利水电科学研究院 |
| 中文摘要 | 黑河流域水资源供需矛盾突出,流域下游生态环境严重恶化,国务院规定于2000年开始对黑河流域水资源实施统一调度,其中黑河中游绿洲农业用水由16.7亿立方逐步压减到14亿立方左右。因此,为应对黑河中游绿洲农业可供水量减少,保障该区域粮食生产安全,提高农业用水效率是重要手段。然而,受气候变化、土地利用及水资源条件的影响,农业水消耗具有时空动态特征,并且农业高效用水调控研究所关注的尺度已由农田扩展到区域乃至流域。所以,进一步量化变化环境下灌区主要参量时空分布,综合考虑环境因子的协同效应及节水措施的影响,建立变化环境下的分布式作物模型和需水时空格局优化模型是提高农田灌水效率及区域水资源配置效率的关键。本文以AquaCrop模型为研究工具,结合田间试验和遥感数据构建了基于空间参数异质性的不同尺度的分布式作物模型AquaCrop-RS。在此基础上,对黑河中游绿洲玉米生产状况及耗水分布进行了空间分析。进一步融合双目标优化模型和带精英策略的遗传算法NSGA Ⅱ构建了基于3S技术的分布式灌溉决策模型,优化了黑河中游绿洲玉米的灌溉制度,提高了黑河中游绿洲主要作物的农业用水效率(文中评价指标水分生产率WUE是单位水量所产生的经济产量,分为产量和蒸散发量的比值WUEET与产量和灌溉量的比值WU及),取得了如下主要成果。(1)利用遥感数据对模型中反映土壤肥胁迫的参数(主要是最大冠层覆盖度CCxX和相对干物质量Brel)及农艺管理措施(播种日期)进行了空间反演。CCx和Brel具有显著的时空变异性,其中,Brel的空间分布和土壤质地有一定的空间相关性。利用遥感技术对播种日期的反演精度相对较高,2012、2015、2016年反演的播种日期误差在5天内的数据点分别占所有取样点的64%、69%和68%,均方根误差RMSE在5天左右,平均绝对误差MAE在4天左右,最大反演误差控制在了 10天以内。其中,受取样点数目和取样点地理位置的影响,2015年的反演精度最高,2012年反演精度相对较低。黑河中游绿洲不同海拔高度玉米播种日期在第79～122天之间变化。(2)引入空间变异性作物参数及农艺管理参数构建了不同尺度的分布式AquaCrop-RS模型,提高了灌区尺度和中游绿洲玉米蒸散发量和产量的模拟精度。在灌区尺度,玉米蒸散发量模拟精度提高了 20%左右,产量的模拟精度提高了 26%～36%。在中游绿洲,分布式模型AquaCrop-RS1、AquaCrop-RS2、AquaCrop-RS3对玉米蒸散发量模拟精度分别提高了21%、5%、26%;分布式模型AquaCrop-RS1对玉米产量模拟精度提高不明显,AquaCrop-RS2、AquaCrop-RS3对玉米产量模拟精度分别提高了 34%～68%和3 5%～72%。CC、和Brel在分布式模型中对提高区域玉米产量模拟精度起到了关键作用,播种日期对提高区域玉米蒸散发量的模拟精度起到了关键作用。(3)利用构建的分布式AquaCrop-RS模型对黑河中游绿洲玉米耕作区农业生产状况及耗水分布进行了空间分析。黑河中游绿洲上游各灌区渗漏量主要在58～281 mm,中游和下游各灌区渗漏量达到282～534 mm,平均占灌水总量的40%左右。玉米水分生产率WUE1空间差异性比较显著,上游主要在2.09～3.35 kg/m3,中游和下游主要在1.24～2.08 kg/m3,WUEET空间分布差异较小,主要在2.0～2.3 kg/m之间。对黑河中游绿洲玉米实施地面灌亏缺灌溉平均节水205～371 mm,产量增加1.0%～-7.7%,WUE1提高39%～90%,实施滴灌亏缺灌溉平均节水277～412 mm,产量增加1.1%～-8.1%,WUE1提高62%～109%,两种亏缺灌溉方式对WUEET影响均不显著。(4)构建了基于3S技术的分布式灌溉决策模型,优化了黑河中游绿洲玉米的灌溉制度,实现了玉米耕作区农业水资源合理的时空分配,提高了区域农业用水效率。灌溉制度优化后,黑河中游绿洲玉米灌溉定额可减少0～600mm,渗漏量可减少50～450mm,玉米产量除上游部分区域减少0～5%,其他区域增加量均在1%～5%。上游区域WUE1增加量普遍在24%～50%,中、下游增加量普遍在101%～150%.WUEET普遍提高1%～6%。(5)利用分布式灌溉决策模型对黑河中游绿洲玉米在平水年的灌溉制度进行了优化,构建了平水年优化灌溉制度数据集。平水年玉米地面灌的优化灌溉定额在291～455 mm。受灌水量和气象条件尤其是风速的影响,蒸散发量呈现出明显的地域性,甘州区蒸散发量最大,在626～650mm,高台县在569～591 mm,临泽县在531～550 mm。各灌区WUE1和WUEETT、空间差异性同样比较显著,并且WUE1普遍大于WUE1,WUE1主要分布在2.79～4.53 kg/m3,WUEET主要在1.93～2.45 kg/m3。 |
| 中文关键词 | 遥感技术 ; 分布式作物模型 ; 农业用水效率 ; 节水灌溉 ; 灌溉制度优化 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1019040263.nh&DbName=CDFD2019 |
| 来源机构 | 中国水利水电科学研究院 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/258167 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩聪颖. 黑河中游绿洲不同尺度用水效率模拟与优化[D]. 中国水利水电科学研究院,2019. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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