灌區水資源高效利用臨界特性及其調控機制研究

《灌區水資源高效利用臨界特性及其調控機制研究》是依託武漢大學，由邵東國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：灌區水資源高效利用臨界特性及其調控機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邵東國
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

乾旱缺水、用水效率低下與水土環境退化，是制約糧食生產與農業可持續發展的主要因素。灌區水轉化機理及其產量環境效應，是國際農業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為背景，通過灌區不同地理位置對象的農田水勢監測及灌排水位水量調控試驗，研究農田、灌排溝渠、水庫塘堰之間水勢轉化關係及其系統模擬模型、臨界特性；通過自然水流場動態監測與農業生產經濟場調查，探討灌區廣義水勢定量描述方法，構建基於廣義水勢的灌區水資源高效利用調控模型，模擬分析溝渠塘庫系統最佳化調控規則及效率回響規律，提出灌區水資源高效利用的灌排經濟模式及其調控機制、條件與技術標準。對解決我國南方灌區複雜條件下的水轉化及水資源高效利用調控機制等難點問題，提高灌溉水利用效率，創新發展農業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，維持生態平衡，實現灌區現代化，具有重要理論意義與廣泛套用前景。

結題摘要

本項目以我國南方丘陵平原過渡帶湖北漳河水庫灌區為背景，以節灌控排與農業生產變化為條件，以農田水勢、溝渠水位、灌排水量之間轉化關係為主線，採用實地查勘、灌排試驗、區域監測、理論分析、模型構建、數值模擬、統計歸納相結合的研究方法，開展灌區水資源高效利用臨界特性及調控機制研究。闡述了旱作水稻產量因子對水分脅迫的回響規律，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-灌區多尺度水平衡要素監測，揭示了長藤結瓜灌溉系統農田與區域不同尺度水轉化效率的差異原因及其規律，基於系統動力學原理描述了稻田塘堰系統水轉化過程，提出了農業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、方法及適用條件。針對灌區供水水源、作物種植結構多樣的特點，研究多水源聯合供水控制方案最佳化及其失效風險，建立庫塘聯合調控與作物最佳化分配耦合模型，採用粒子群-人工蜂群混合算法有利於求解多水源最佳化調控問題。考慮農業水資源管理中存在的不確定性和動態因素，通過融合多階段隨機規劃和區間參數規劃，提出了一種區間多階段水量分配模型。通過非一致性分析和模型最佳化，提出了一種能解決水資源管理中的非一致性、不確定性、動態性和複雜性問題的新方法。運用水資源系統分析與經濟學理論，建立了基於供求關係和生產函式的灌區水量使用權交易模型。研究為揭示灌區水轉化過程及其高效利用調控機制，提出保障糧食生產、實現生態高效的現代化灌區建設和農業可持續發展措施對策，提升水安全保障能力，具有十分重要的科學意義。