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作物需水量计算模型组件及灌区需水过程研究

尚虎君  
【摘要】:我国是一个水资源短缺、水质污染严重的国家,农业用水向来是我国国民经济用水大户,尽管目前呈现农业用水比重逐渐降低,工业、生活用水比重增加的发展态势,但农业用水仍将在较长时期内占据主导地位,保障用水安全和粮食安全也将是长期面临的主要任务。因此,实现水资源的合理配置,提高农业用水效率和管理水平,协调农业用水和生态用水矛盾,实现流域水资源的可持续利用是目前需要迫切解决的问题。该研究以作物需水量的科学计算和需水过程分析为核心,为农业用水研究提供软件和方法支持为目的,采用用现代化的方法和手段,研制了作物需水量计算模型组件,通过理论研究与实际应用相结合,提出了灌区需水过程的系统分析方法。取得的主要成果和结论如下: (1)根据国内外作物需水量研究成果,收集、分析、筛选了利用ET0和作物系数的测算来估算作物需水量的计算模型,采用COM组件技术研制完成了作物需水量计算模型组件软件。以ActiveX的DLL作为COM组件对象模型和标准,完成了12个对象类功能的实现,基本涵盖了目前常用的作物需水量间接计算方法。组件软件包括了作物系数与FAO Penman-Monteith等计算方法的7个独立对象类, Penman类、辐射类、温度类等计算方法的4个混合对象类,以及1个辅助对象类。其中,Penman类包括5个Penman系列ET0计算方法;辐射类包括Priestley-Taylor等7个基于辐射的ET0计算方法;温度类包括Hargreaves-Samani等6个基于温度的ET0计算方法。 (2)分析总结了灌区需水过程所涉及的干旱频率分析、ET0的计算、有效降水量确定和灌溉需水量计算等环节的关键问题,提出了系统分析灌区需水过程的方法。包括利用水文频率方法进行需水频率分析的方法,并通过典型灌区进行了验证,其代表性较好,可以比较准确地反映农业干旱频率分析的精度;针对有效降水量的确定,提出了土壤有效降水量和作物有效降水量的概念;为便于分析作物需水过程,引入计算时段盈亏水量的思路,并总结了利用作物生育期初的土壤储水层水量和土壤有效降水量、作物需水量(ETc)等逐月推算作物有效降水量的方法;分析了全生育期法和分月法计算灌溉需水量的特点。 (3)采用FAO PPP-17Penman修正式、FAO Penman-Monteith方法计算了典型灌区的ET0,结果表现为后者偏大,平均偏差为16%左右。认为在缺乏针对FAOPenman-Monteith方法的作物系数成果时,计算ETc时最好采用FAO PPP-17Penman修正式ET0计算成果。 (4)以宝鸡峡为典型灌区分析实例,分析了灌区需水过程,并与实际引水过程进行了比较。灌区参考作物最大需水量,各水平年基本上都分布在6~7月中,其中湿润年、干旱年与特旱年出现在7月,而中等年、极干旱年出现在6月,6、7月份ET0分别占全年的15.1%、14.8%,而5~8月4个月ET0约占全年的55.7%;采用全生育期法要比分月法计算的灌溉需水量平均大6%~9%,综合两种方法结果,灌区年平均亏缺约为2.2亿m3;灌区需水主要集中在6~8月份和3~5月份,夏灌期间渠灌需水量约占47%,春灌期间约占49%,冬灌需水量很少,而冬灌、春灌、夏秋灌实际引水量占全年灌溉引水总量分别为26%、35%、39%,尤其冬灌的理论需水量与实际引水量差距较大,但这种差异有趋于一致的趋势。鉴于目前冬灌的主要作用是蓄水保墒,如果农业用水与河流生态用水产生不可调和的冲突,一般年份完全可以减少冬灌用水量。


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