灌區(qū)水資源高效利用臨界特性及其調(diào)控機制研究

本項目以我國南方丘陵平原過渡帶湖北漳河水庫灌區(qū)為背景，以節(jié)灌控排與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變化為條件，以農(nóng)田水勢、溝渠水位、灌排水量之間轉化關系為主線，釆用實地查勘、灌排試驗、區(qū)域監(jiān)測、理論分析、模型構建、數(shù)值模擬、統(tǒng)計歸納相結合的研究方法，開展灌區(qū)水資源高效利用臨界特性及調(diào)控機制研究。闡述了旱作水稻產(chǎn)量因子對水分脅迫的響應規(guī)律，揭示了旱作水稻控勢灌溉機制，提出了以土水勢為灌溉控制指標的水稻旱作模式以及考慮生物多樣性條件下的田間需水量閾值。通過開展田間-渠系-灌區(qū)多尺度水平衡要素監(jiān)測，揭示了長藤結瓜灌溉系統(tǒng)農(nóng)田與區(qū)域不同尺度水轉化效率的差異原因及其規(guī)律，基于系統(tǒng)動力學原理描述了稻田塘堰系統(tǒng)水轉化過程，提出了農(nóng)業(yè)用水效率考核新指標“千公頃灌溉取水量”的概念，給出了相應的計算依據(jù)、方法及適用條件。針對灌區(qū)供水水源、作物種植結構多樣的特點，研究多水源聯(lián)合供水控制方案優(yōu)化及其失效風險，建立庫塘聯(lián)合調(diào)控與作物優(yōu)化分配耦合模型，采用粒子群-人工蜂群混合算法有利于求解多水源優(yōu)化調(diào)控問題?？紤]農(nóng)業(yè)水資源管理中存在的不確定性和動態(tài)因素，通過融合多階段隨機規(guī)劃和區(qū)間參數(shù)規(guī)劃，提出了一種區(qū)間多階段水量分配模型。通過非一致性分析和模型優(yōu)化，提出了一種能解決水資源管理中的非一致性、不確定性、動態(tài)性和復雜性問題的新方法。運用水資源系統(tǒng)分析與經(jīng)濟學理論，建立了基于供求關系和生產(chǎn)函數(shù)的灌區(qū)水量使用權交易模型。研究為揭示灌區(qū)水轉化過程及其高效利用調(diào)控機制，提出保障糧食生產(chǎn)、實現(xiàn)生態(tài)高效的現(xiàn)代化灌區(qū)建設和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展措施對策，提升水安全保障能力，具有十分重要的科學意義。 2100433B

干旱缺水、用水效率低下與水土環(huán)境退化，是制約糧食生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。灌區(qū)水轉化機理及其產(chǎn)量環(huán)境效應，是國際農(nóng)業(yè)水利領域共同關注的前沿焦點問題。本項目以南方丘陵平原灌區(qū)為背景，通過灌區(qū)不同地理位置對象的農(nóng)田水勢監(jiān)測及灌排水位水量調(diào)控試驗，研究農(nóng)田、灌排溝渠、水庫塘堰之間水勢轉化關系及其系統(tǒng)模擬模型、臨界特性；通過自然水流場動態(tài)監(jiān)測與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟場調(diào)查，探討灌區(qū)廣義水勢定量描述方法，構建基于廣義水勢的灌區(qū)水資源高效利用調(diào)控模型，模擬分析溝渠塘庫系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控規(guī)則及效率響應規(guī)律，提出灌區(qū)水資源高效利用的灌排經(jīng)濟模式及其調(diào)控機制、條件與技術標準。對解決我國南方灌區(qū)復雜條件下的水轉化及水資源高效利用調(diào)控機制等難點問題，提高灌溉水利用效率，創(chuàng)新發(fā)展農(nóng)業(yè)水資源高效利用理論與方法，建立最嚴格的水資源管理制度，防治水旱災害與非點源污染，維持生態(tài)平衡，實現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化，具有重要理論意義與廣泛應用前景。

《旱區(qū)灌區(qū)苜蓿草地土壤水鹽動態(tài)及其生態(tài)灌溉調(diào)控模式研究》可供大專院校、科研院所的水利、草業(yè)、農(nóng)林教學與科學研究人員及學生借鑒和參考。該書在試驗研究的基礎上首次提出“生態(tài)灌溉”概念，圍繞這一新思路深入研究以甘肅秦王川灌區(qū)為代表的旱區(qū)灌區(qū)苜蓿草地土壤水鹽聯(lián)合運移規(guī)律及其生態(tài)灌溉調(diào)控模式，苜蓿在水鹽等逆境脅迫下生理生態(tài)特征，生育階段水分生產(chǎn)函數(shù)及生態(tài)經(jīng)濟灌溉模式。應用系統(tǒng)工程方法對秦王川灌區(qū)生態(tài)灌溉的作物結構與經(jīng)濟效益進行優(yōu)化，構建了旱區(qū)灌區(qū)草地生態(tài)灌溉創(chuàng)新體系，并提出了旱區(qū)生態(tài)灌區(qū)建設的一些思路。

本項目擬以海水養(yǎng)殖廢水中的氮、磷為目標污染物，采用溫室培養(yǎng)、同位素示蹤、土柱模擬以及微區(qū)試驗等方法，研究耐鹽植物對海水養(yǎng)殖廢水中污染物的凈化作用機制及其調(diào)控機理。明確污染物在土壤-植物體系間的遷移、轉化及其循環(huán)過程；計算污染物在耐鹽植物凈化體系中的遷移通量；篩選并優(yōu)化污染物高效凈化的各項關鍵參數(shù)，明確耐鹽植物凈化體系的調(diào)控機制，最終建立安全、穩(wěn)定、高效的海水養(yǎng)殖廢水凈化體系。該體系的建立，可緩解海水養(yǎng)殖廢水向海洋直接排放所造成的海洋環(huán)境污染，促進近海水土資源的合理配置和優(yōu)化升級，對海岸帶的生態(tài)修復與重建，海水農(nóng)業(yè)漁業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有積極推動作用。 2100433B

灌區(qū)水轉化效率涉及作物水分利用、灌排控制、水源調(diào)蓄等多個過程與物理、化學、生物、農(nóng)藝等多因素的協(xié)同作用。變化環(huán)境下灌區(qū)水轉化特性及其效率響應，是國際農(nóng)業(yè)水利領域共同關注的前沿熱點研究問題。本項目針對我國南北不同自然環(huán)境灌區(qū)生產(chǎn)特點，通過不同尺度水轉化過程及用水效率監(jiān)測、調(diào)控試驗和模擬，研究大田作物與灌區(qū)不同尺度水轉化機制及效應機理，不同尺度農(nóng)業(yè)用水效率定量表征及提升方法，水資源高效利用綜合調(diào)控模式及效應。構建灌區(qū)水轉化及多尺度多過程耦合模擬模型，揭示灌區(qū)條件變化下的水轉化與用水效率時空特征及其尺度轉換關系，發(fā)展農(nóng)業(yè)用水效率多過程統(tǒng)一定量表征與多因素協(xié)同提升方法，不同自然環(huán)境條件下灌區(qū)多尺度協(xié)同高效用水機制及調(diào)控模式。對發(fā)展水資源高效利用理論與方法，促進水資源均衡配置與可持續(xù)利用，建立最嚴格水資源管理制度，解決我國農(nóng)業(yè)用水效率低與干旱缺水等問題，保障水與糧食安全，有重要理論意義與廣泛應用前景