农业节水灌溉尺度分析方法的研究进展.pdfVIP

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 农业节水灌溉尺度分析方法研究进展 谢先红 崔远来 代俊峰 石祥增 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 湖北武汉 摘要 在阐述节水灌溉尺度效应内涵和尺度效应存在原因的基础上 从数据获取途径 节水尺度效应描述方法和节 水尺度转换方法等 个方面当前的发展进行了评述 并探讨了节水尺度分析方法的主要发展趋势 现有研究成果 表明 试验监测 遥感和 技术是数据获取 分析的主要途径 不同尺度试验方法和数值模拟方法在一定程度上 描述了水均衡要素的尺度效应以及作物与水 肥的响应关系 而分形理论 地质统计学和小波分析等非线性理论在 尺度转换方面也有一些研究工作 针对目前研究情况 指出了大尺度上水循环描述和不同尺度间水均衡变量尺度 转换等尺度分析方面的研究 是重点发展方向和主要研究内容 关键词 节水灌溉 尺度效应 尺度分析 田间试验 数值模拟 非线性理论 中图分类号 文献标识码 在农业可用水量逐渐减少而粮食产量需求增加的客观现实之下 农业节水备受世人关注 田间尺 度的节水灌溉技术已有许多研究 也有大面积推广节水灌溉的实例 但是田间实施节水后如何影响灌溉 系统和灌区尺度甚至流域尺度水均衡过程的量化研究 还刚刚起步 不同尺度节水潜力和节水效益的评 估也在研究之中 国内外有些学者提出 灌溉水文学 这一新概念来研究灌区不同尺度水循环和尺度转 换问题 从近年来农田水利工程学科国家自然科学基金资助状况来看 尺度问题和空间变异性研究 也占了很大的比重 因此农业节水尺度问题已成为前沿课题 本文基于近年来国内外研究成果 评述 了各种尺度分析方法的优劣 并指出这些分析方法应用的可能性和发展趋势 节水尺度效应 尺度通常是指某过程或观测 模拟的特征时间和特征长度 分别称为时间尺度和空间尺度 农田灌 溉中时间尺度常用时 天 月 年等衡量 而空间尺度分为小尺度 中等尺度和大尺度 小尺度即田间尺 度 指独立田块或多个连在一起的小面积农田 中等尺度是指灌溉系统内一条支渠或干渠所控制的面 积 是灌溉系统内部的局部灌溉区域 大尺度是指一个灌区或一个流域包含面积 根据研究和评价的 需要 也可对中等尺度和大尺度采用不同的定义 节水灌溉尺度效应是指节水灌溉措施在各个尺度上 的节水效果的差异以及一种尺度上的节水效果与其他尺度节水效果的关系 也即灌区水循环尺度效 应 董斌等 认为 节水尺度效应产生的原因主要是回归水及其重复利用 从水文响应和作 物响应的角度分析了尺度效应存在的根本原因 地形 土壤的异质性导致垂向流和侧向流非线性运动 降雨和蒸发蒸腾在时间上的不均一性 以及作物与环境进行物质和能量交换的不稳定性 使农田水分运 动复杂化 在时空尺度上表现出不同特性 此外 产生尺度效应还源于对不同尺度节水效果进行分析描 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金资助项目 教育部博士点基金项目 作者简介 谢先红 男 湖北阳新人 博士生 主要从事节水灌溉理论与技术及水资源管理方面研究 述所采用的技术和方法之间的差异性 以及不同水分利用率和水分生产率等评价指标间的差异 在农业节水活动中 必须考虑尺度转换 因为田间尺度获得的效果并不等于较大尺度 比如流域尺 度 的效果 正如 指出 灌溉系统上游提高水利用效率后 可能负面影响下游灌溉行为 对于 这种上下游的相互协调 必须研究新的方法来量化不同尺度上水分的相互依赖关系 从而对节水灌溉效 果进行全面评价 曾提出一个基于水量平衡的分析框架 希望用包括所有水量平衡要素的 分析方法来推导不同尺度的真实节水 也给出了不同尺度上提高水分生产率的概念框架 实际上 研究节水尺度问题就是揭示 水 在灌溉系统中的运动 转化规律以及水 肥与作物生长和 产量的定量关系 在这个意义上 对尺度的分析可从两个方面着手 其一是对尺度效应的本征描述 即 借助各种数据获取途径和分析模拟方法 再现水循环和作物生长过程的尺度现