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论文:基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价
shangsh 2013-10-9 17:18
论文链接: http://www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20132014flag=1 全文下载: http://www.tcsae.org/nygcxb/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20132014flag=1journal_id=nygcxbyear_id=2013 蒋磊,杨雨亭,尚松浩. 基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价. 农业工程学报, 2013, 29(20): 95-101 基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价 Evaluation on irrigation efficiency of irrigation district in arid region based on evapotranspiration estimated from remote sensing data 投稿时间: 2013-06-26 最后修改时间: 2013-09-11 中文关键词 : 灌溉,遥感,蒸发,灌溉水有效利用系数,灌溉效率评价,灌区,干旱区 英文关键词 : irrigation remote sensing evapotranspiration coefficient of irrigation water effective utilization irrigation efficiency assessment irrigation district arid region 基金项目 : 国家科技支撑计划项目(2011BAD25B05),国家自然科学基金项目(51279077) 作者 单位 蒋 磊 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084 杨雨亭 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084 尚松浩 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084 中文摘要 : 为评价干旱区灌区的灌溉效率,该文以作物生长期灌溉地的蒸散发扣除降水量作为灌溉水的有效利用量,将灌溉水有效利用量与灌溉净引水量(总引水量减去退、排水量)的比值定义为灌溉水有效利用系数。利用遥感蒸散发模型可以较为准确地估算灌溉地蒸散发,从而可以避免传统灌溉水利用系数评估中难以准确估算通过灌溉到达作物根系层水量的问题。以河套灌区为研究对象,利用遥感蒸散发模型(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)计算了区域内灌溉地作物生育期的蒸散发量,并结合降水量与净引水量的观测资料,对节水改造以来(2000-2010年)河套灌区灌溉水有效利用系数进行了分析和评价。结果表明,灌溉水有效利用系数近年来有增加趋势,同时灌溉水有效利用系数随降水量和净引水量的减小而增大,减少供水对灌溉水有效利用系数的影响要大于灌区节水改造工程的影响。另一方面,在灌区净引水量减少的情况下,灌溉地蒸发量能够维持在较稳定的水平,反映了近年来灌区节水改造的效果较好。 英文摘要 : Abstract: To evaluate the irrigation efficiency of irrigation districts in arid regions where crop growth relies heavily on irrigation, a new evaluation indicator, coefficient of irrigation water effective utilization, was proposed. The difference of evapotranspiration and precipitation in irrigated land during the crop growing season was considered as the effective use of irrigation water, and the ratio of effective use of irrigation water and net water diversion to the irrigation district was defined as the coefficient of irrigation water effective utilization (ηe). With the development of a remote sensing evapotranspiration technique in recent decades, spatial and temporal variations of evapotranspiration can be estimated with acceptable precision. Then ηe can easily be estimated from evapotranspiration and measured precipitation and net water diversion, which can avoid the difficulties of accurate measurement or simulation of irrigation water stored in the crop root zone in a traditional irrigation water use efficiency evaluation. A case study in the Hetao irrigation district in North China was carried out to estimate the coefficient of irrigation water effective utilization throughout the period 2000-2010 based on remote sensing evapotranspiration data calculated by the SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) model, meteorological data, and water diversion data. Results indicated that ηe tends to increase with the implementation of water-saving irrigation projects. ηe varied from 0.547 to 0.715 during 2000―2010 and ηe decreased with precipitation and net water diversion. The correlation coefficients between ηe and precipitation, and ηe and net water diversion were -0.32 and -0.57, respectively. Moreover, ηe was estimated under different precipitation and water diversion schemes after water-saving irrigation projects. Results indicated that the reduction of water diversion had a greater effect than the water-saving irrigation projects on ηe. However, water consumption in irrigated land kept at a relatively stable level although water diversion tended to decrease in recent years, which showed the good performance of water-saving irrigation projects.
个人分类: 论著|3893 次阅读|0 个评论
北方灌区失灌之殇
热度 2 jiangming800403 2013-10-7 14:34
又到一年种麦时,铁牛奔跑耕田忙。在我国黄淮海地区已不再看到春种秋收,而是秋种夏收、一年两熟,这种转变解决了困扰中国人几千年的吃饭问题。 20 世纪 50-70 年代,黄淮海流域水利发展、小麦种植面积扩大与复种指数提高,这是终结南粮北运的一个重要原因,也是改革开放后粮食大丰收的保障。但是经过 30-50 年的发展,我国北方灌区失灌、废渠用井的现象比较突出。其最直接的后果是加重灌溉成本,形成恶性循环,并造成地下水枯竭和地质灾害,直接威胁着国家的粮食安全。 灌区失灌的原因主要有:水源短缺,工业和城市生活占用农业用水;水源工程破坏,如水库淤塞,地下水位下降造成水井干涸;渠系、管道因淤积报废或基建破坏报废,导致下游失灌;田间工程配套程度较低,田面不平,形成“水中旱地”。 北方灌区为季节性补充灌溉,实际上并不适应轮灌制度严格的大型地面引水灌区。地面灌溉正适合需水量大轮灌周期固定且水源充沛的地区,如南方水稻灌区和内陆河流域的上游。而北方季节性灌区作物种类多,小麦、果树、蔬菜需水灵活多变且关键需水期集中,导致地表水源难以满足农业用随要求,甚至因干旱造成减产。 每秒 10 立方米的引水流量,即使 24 小时连轴转,一昼夜也只能大约浇 1 万亩地,因此如果 20 天( 20 天的时间足以酿成旱灾)之内完成一个百万亩灌区的轮灌至少需要每秒 50 立方米的引水流量。然而农业需水最多的时候,也正是河流的枯水期,即使渭河、泾河之类黄河大的支流,也很难保证每秒 50 立方米的引水流量。因此,北方灌区“小马拉大车”的现象非常严重,因水源缺乏,实灌面积经常小于设计面积。 为了抗旱浇地,农民只有打井提取地下水。 废渠用井进一步增加了地面灌的引水成本。北方季节性灌区年引水时间短,干渠、总干渠一般每年最多行水 100 天左右,支斗渠更少,因此单位灌溉水量承担的工程折旧与人力成本都较高,目前单方水水价多在 0.2 元以上,是黄河上游和内陆河流域干旱灌区的 2 倍以上,每亩地面灌溉面积的水费约在 50 元左右,按照工程设计面积,一般灌区职工人均管理灌溉面积 1000-2000 亩,每年水费收入 5-10万 元,除满足职工工资和福利、管理和办公费用外,还可以有一部分结余用于灌区维护。但是实际上目前很多灌区的实灌比例只有 50%-60% ,水费收入入不敷出,并造成了恶性循环,如果灌溉提高水价,更多的农户将采用地下水灌溉,因为在目前情况下,由于地下水不包含水资源费,主要是电费和井、泵折旧, 50 米以内甚至 100 米以内的地下水灌溉可能比地面灌溉成本更低,因为一般将一方水提升 100 米需要用 0.3 度电,而农灌电价只有每度 2 毛多,而且井灌更能满足农业用水需求,关键需水期可以以地下水位降低为代价,群井集中灌溉,而不必等待渠系轮灌。 但是,如果长期入不敷出,渠系设施进一步老化,最终结局还是加剧废渠用井,直到地下水资源枯竭。 黄淮海平原和黄河中游每年 500-600mm 的降水量至可以满足一年种一季作物的生长要求。目前华北平原主要的农作制度是玉米 - 小麦一年两熟到两年三熟的轮作制度(辅之以棉花、果菜、果树,耗水量也较高),年耗水量在 600-800mm ,水田和果菜设施农业可能要达到 800-1000mm 。黄淮地区好一些,但黄河以北明显存在农田水分亏缺,冬小麦生育期内的天然降水量只有 100~200mm ,至少缺水 300mm ,这部分必须依赖灌溉。海河平原农业主要是用地下水灌溉。 大清河以北的京津冀东平原大体上是两年三熟,年均缺水 150mm 左右,因为当地降水每年可补充地下水约 100mm ,加之耕地一般只占到总土地面积的 2/3 ,因此,当地水源大体可以满足灌溉需水,地下水位尚可以保持平衡。 而保定、沧州以南农田总需水量达到约 800mm ,亏空 200-300mm ,甚至更多,仅依靠本地水资源明显入不敷出。河南、山东两省每年有 100 亿立方米的引黄水,情况还好些。冀中南平原只能靠超采地下水,形成了史无前例的地下水漏斗区。北方灌溉农业的发展以海河平原(以及汾渭河谷)特别是冀中南地区地下水枯竭为代价的。按目前态势 10~30 年后冀中南地区可采地下水可能完全枯竭。 地下水位下降,还会引起地面沉降、地裂缝等地质灾害;并形成地下水闭流区,垂直排泄代替水平排泄,加剧盐分和污染物聚集,恶化地下水质。 我们北方大约有 1 亿亩小麦灌区面临着水源问题,如果退化为旱作农业,减产的细粮至少有 600~800 亿斤,相当于目前全国小产量麦的 1/3 。灌溉 1 亿亩小麦每年大约需水 200 亿立方米,其中一部分可以依靠引黄水,但剩余的缺口只能指望南水北调了。 对于灌区而言,首先是发展多种经营、降低供水成本、改善服务质量,使农民用得起、喜欢用渠道水,否则人家宁愿选择井水,在市场面前是人人平等的,如果失去了农民的支持,灌区也将无法生存。其次,是增加水源调节能力,是在关键需水期灌区有水可用,否则一切也都是无从谈起。 北方灌区农灌供水时间一般不足全年的 30% ,每年超过 70% 的时间里灌区设施和人力大量闲置。因此,虽然农业灌溉时一种半公益的社会事业,国家有一定的财政补助;但是如果不发展多种经营,躺在国家财政上,灌区仍然几乎是没有出路的。首先是以工业和城市供水补农灌用水;以电补水,建立引水式发电站,提高干渠、总干渠的年运行时间,集中落差发电;非灌溉其也可以利用渠首拦河坝、退水渠等的落差发电。其次是利用库渠水面发展水产养殖、旅游等产业,甚至可以进行房地产和度假村开发。灌渠沿线的权属闲置土地也可以用于种植、养殖及其他方面。 增加水源调节能力既包括增加渠首调节能力,也包括灌区内部的蓄水能力(地面、地下),还可以尝试蓄水灌溉,利用冬、夏非灌季的富余水量,补充土壤水,以备不时之需,做到渠首稳流、内部蓄水、井渠结合、四水(地表、地下、土壤、雨水)联合调度。
个人分类: 水利工程与水域生态|4200 次阅读|12 个评论
大灌区是粮食安全的保障
热度 1 jiangming800403 2013-9-2 22:04
今年的大气环流形势类似于1959和1961年,西太平洋副热带高压活跃,迅速西移北上。中国江淮地区梅雨不明显,伏旱来势猛,持续时间长,副高西侧暖湿气流偏西偏北,降雨集中区北挤压到黄河上中游、海河流域及东北地区,从而形成“北涝南旱”的格局,其中鄂西北地区已经进入了第三个连续干旱年。 但是,干旱的影响主要集中在缺乏水源的山丘区。灌区,特备是平原水库灌区,其水源储备一般可以应对两至三年连旱。只要保障灌溉水源,干旱条件下,光热充足,作物光合强度反而较高,加之病虫害较少发生,反而有可能获得较高的单产。 同时,灌区也具有防洪除涝的作用。灌溉水库,特别是大型水库一般都具有蓄水防洪或者削峰的作用,可以减少洪水对下游灌区的危害。干旱年份和季节开采地下水,降低了地下水位,可以促进降水入渗补给地下水,有助于减轻内涝危害和渍害。
个人分类: 农业、食品与农村发展|2322 次阅读|2 个评论

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