灌区水资源高效利用临界特性及其调控机制研究

本项目以我国南方丘陵平原过渡带湖北漳河水库灌区为背景，以节灌控排与农业生产变化为条件，以农田水势、沟渠水位、灌排水量之间转化关系为主线，釆用实地查勘、灌排试验、区域监测、理论分析、模型构建、数值模拟、统计归纳相结合的研究方法，开展灌区水资源高效利用临界特性及调控机制研究。阐述了旱作水稻产量因子对水分胁迫的响应规律，揭示了旱作水稻控势灌溉机制，提出了以土水势为灌溉控制指标的水稻旱作模式以及考虑生物多样性条件下的田间需水量阈值。通过开展田间-渠系-灌区多尺度水平衡要素监测，揭示了长藤结瓜灌溉系统农田与区域不同尺度水转化效率的差异原因及其规律，基于系统动力学原理描述了稻田塘堰系统水转化过程，提出了农业用水效率考核新指标“千公顷灌溉取水量”的概念，给出了相应的计算依据、方法及适用条件。针对灌区供水水源、作物种植结构多样的特点，研究多水源联合供水控制方案优化及其失效风险，建立库塘联合调控与作物优化分配耦合模型，采用粒子群-人工蜂群混合算法有利于求解多水源优化调控问题。考虑农业水资源管理中存在的不确定性和动态因素，通过融合多阶段随机规划和区间参数规划，提出了一种区间多阶段水量分配模型。通过非一致性分析和模型优化，提出了一种能解决水资源管理中的非一致性、不确定性、动态性和复杂性问题的新方法。运用水资源系统分析与经济学理论，建立了基于供求关系和生产函数的灌区水量使用权交易模型。研究为揭示灌区水转化过程及其高效利用调控机制，提出保障粮食生产、实现生态高效的现代化灌区建设和农业可持续发展措施对策，提升水安全保障能力，具有十分重要的科学意义。 2100433B

干旱缺水、用水效率低下与水土环境退化，是制约粮食生产与农业可持续发展的主要因素。灌区水转化机理及其产量环境效应，是国际农业水利领域共同关注的前沿焦点问题。本项目以南方丘陵平原灌区为背景，通过灌区不同地理位置对象的农田水势监测及灌排水位水量调控试验，研究农田、灌排沟渠、水库塘堰之间水势转化关系及其系统模拟模型、临界特性；通过自然水流场动态监测与农业生产经济场调查，探讨灌区广义水势定量描述方法，构建基于广义水势的灌区水资源高效利用调控模型，模拟分析沟渠塘库系统优化调控规则及效率响应规律，提出灌区水资源高效利用的灌排经济模式及其调控机制、条件与技术标准。对解决我国南方灌区复杂条件下的水转化及水资源高效利用调控机制等难点问题，提高灌溉水利用效率，创新发展农业水资源高效利用理论与方法，建立最严格的水资源管理制度，防治水旱灾害与非点源污染，维持生态平衡，实现灌区现代化，具有重要理论意义与广泛应用前景。

《旱区灌区苜蓿草地土壤水盐动态及其生态灌溉调控模式研究》可供大专院校、科研院所的水利、草业、农林教学与科学研究人员及学生借鉴和参考。该书在试验研究的基础上首次提出“生态灌溉”概念，围绕这一新思路深入研究以甘肃秦王川灌区为代表的旱区灌区苜蓿草地土壤水盐联合运移规律及其生态灌溉调控模式，苜蓿在水盐等逆境胁迫下生理生态特征，生育阶段水分生产函数及生态经济灌溉模式。应用系统工程方法对秦王川灌区生态灌溉的作物结构与经济效益进行优化，构建了旱区灌区草地生态灌溉创新体系，并提出了旱区生态灌区建设的一些思路。

本项目拟以海水养殖废水中的氮、磷为目标污染物，采用温室培养、同位素示踪、土柱模拟以及微区试验等方法，研究耐盐植物对海水养殖废水中污染物的净化作用机制及其调控机理。明确污染物在土壤-植物体系间的迁移、转化及其循环过程；计算污染物在耐盐植物净化体系中的迁移通量；筛选并优化污染物高效净化的各项关键参数，明确耐盐植物净化体系的调控机制，最终建立安全、稳定、高效的海水养殖废水净化体系。该体系的建立，可缓解海水养殖废水向海洋直接排放所造成的海洋环境污染，促进近海水土资源的合理配置和优化升级，对海岸带的生态修复与重建，海水农业渔业经济的可持续发展具有积极推动作用。 2100433B

灌区水转化效率涉及作物水分利用、灌排控制、水源调蓄等多个过程与物理、化学、生物、农艺等多因素的协同作用。变化环境下灌区水转化特性及其效率响应，是国际农业水利领域共同关注的前沿热点研究问题。本项目针对我国南北不同自然环境灌区生产特点，通过不同尺度水转化过程及用水效率监测、调控试验和模拟，研究大田作物与灌区不同尺度水转化机制及效应机理，不同尺度农业用水效率定量表征及提升方法，水资源高效利用综合调控模式及效应。构建灌区水转化及多尺度多过程耦合模拟模型，揭示灌区条件变化下的水转化与用水效率时空特征及其尺度转换关系，发展农业用水效率多过程统一定量表征与多因素协同提升方法，不同自然环境条件下灌区多尺度协同高效用水机制及调控模式。对发展水资源高效利用理论与方法，促进水资源均衡配置与可持续利用，建立最严格水资源管理制度，解决我国农业用水效率低与干旱缺水等问题，保障水与粮食安全，有重要理论意义与广泛应用前景