使用分布式的农业水文模型的中间黑河流域灌区的灌溉性能和水分生产率评价外文翻译资料

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使用分布式的农业水文模型的中间黑河流域灌区的灌溉性能和水分生产率评价

Yao Jiang a,b , Xu Xu a,b,lowast; , Quanzhong Huang a,b , Zailin Huo b , Guanhua Huang a,b,lowast;

1. 中国 - 以色列 中国农业大学国际研究中心和培训农业，北京100083中国
2. 农业水问题研究中心，中国农业大学，北京100083中国

摘要：在中国西北中间的黑河流域农业，由于水缺乏和气候干燥，灌溉是必不可少的。该改道河水用于因需要提高水的利用性能，以满足作物需水量和保持农作物产量而正在逐渐减少的农业。因此，关键是要更好地了解目前的农业水文过程，灌溉性能和水分生产效率，并进一步探讨其可能的节水上一个区域尺度。在这项研究中，一个分布式的农业水文模型，通过紧密耦合发展一个农业水文模型（SWAP-EPIC）和ArcInfo地理信息系统。综合效应的天气，作物，土壤和灌溉因素进行了审议。在2012-2013年期间，该盈科灌区（YID），在黑河流域中间盆地，被选为案例研究，其中实验是在野外和一定区域两个地方进行的。相对于土壤和作物参数首先与现场标定观测数据和所述模型以分布式的方式被购买用于模拟YID的农业水文过程。结果表明，水分生产率在空间上变化和相当小，由于过度的灌溉用水。作物蒸散量平均589毫米和深层渗漏平均为125毫米，占总灌溉的21％。目标情景模拟分析表明，输水和灌溉制度的改善会导致深层渗漏减少30％，节省灌溉用水15％，不会对作物产量的负面影响。

关键字：节水 区域范围 SWAP-EPIC模型 GIS模型耦合 空间变异

1.简介

黑河流域，地处中国西北干旱区，是中国第二大内陆河流域。中间黑河流域是重要的粮食生产基地，其中灌溉使用流域可用水资源总量的83％左右（Zhao等，2010）。过度引水主要是由于贫困人群调控的运送和分发运河和不适当的田间灌溉实践。同时，下游领域面临着越来越严峻的生态挑战，例如，湖泊生态系统的退化，消亡植被和土地沙化的大片因水资源分配以下（Feng等，2004）。近几十年来，水资源短缺和水的冲突，由于水环境degra，氧化和对水的需求不断增长（齐罗，2005年）增加，这导致了水量分配的中间绿洲减少用于农业。据黑河水利委员会的计划，灌溉用水引到中间的绿洲金额将逐渐从900减少到600亿立方米。水资源的总体积减少到每人1190米3的中间绿洲，这是只有57％的全国平均的（Shi等，2011）。因此，在两个区的规模和农场层面的节水实践（水安全计划）必要。水安全计划的实施不仅需要节约用水，但也能保证较好的收益率，尤其是在这个低收入地区。因此，关键是要了解和规范对区域范围的农业水文过程，包括土壤水分动态，作物生长，深层渗漏和水的生产率（WP）。

现场试验已广泛开展了灌溉系统量化水资源管理的做法。但是实验是昂贵，耗时与本站specific.Thus仿真模型开发，以支持灌溉管理（Liu等，1998;克罗斯和面包车大坝，2003; Steduto等，2009）。模型可以模拟加上作物生长的水和溶质运移的复杂过程。它们还允许情景分析，允许探索不同的水文条件对作物和水资源管理的更有效的方法（拉莫斯等人，2011年）。传统上，这些模型被视为点规模的模式和不常用的更大的区域（Droogers等人，2000）。研究注重情节和现场规模，由于在区域尺度的空间差异，可能无法合理反映实际情况。区域水文过程是由于土壤，作物，天气，地下水，灌溉和管理实践的空间变化复杂多样。该从典型的现场实验或模拟模型，作为整个区域的结果，往往会导致与实际情况不符。对于区域尺度的问题，不同的方法已经被提出了模拟地质水文过程，如集中建模，随机建模和分布式建模（Chen等，2005; Xu等，2010; Shah等，2011）。

分布式建模的优点在于它可以综合考虑在区域范围内的土壤，作物和气候的空间变异，并提供详细分析上市公司的系统行为。近年来，基于地理信息系统（GIS）时，可用于在区域尺度上的农业生态系统的仿真建模分布的概念成为占主导地位。有空间模拟模型的几个以前的研究，这些都涉及到不同的问题，例如，农业水文过程中，灌溉用水优化，作物水分生产率分析，分布式模拟生态系统（Singh等，2006;伊内斯等，2006;范德Knijff等，2010; Noory等，2011）.Distributed水文模型，如特警（Arnold等人，1993）和AGNPS（Young等，1989）也以流域和流域范围得到广泛应用。据我们所知，在黑河流域集中在剧情或现场刻度的中间绿洲以往的研究（Zhao等，2010; Li等，2012）。一些研究有关地区问题主要集中在大流域尺度（Wang等，2007;贾等，2009），其中引黄灌区农业水文过程通常是过于简单化。因此，在该研究中，农业水文过程是要模拟在中间黑河绿洲典型灌区适当的细节，用实验观测区域尺度的分布式的农业水文模型的基础上。

鉴于以往的研究中，对地理信息系统和模型整合策略可以分为松散耦合，紧密耦合和嵌入式耦合（添，1996;福特斯等，2005; Li等，2007）。在松耦合，软件要被链接的包被保持为独立的系统，并在数据传输是通过输入/输出模型预先定义的文件执行的。松散耦合的优点在于，它简化了模型的未来变化，但它是太多费时进行数据处理。在紧密耦合，GIS数据导出到模型和GIS工具可以交互地访问输入模型子程序;从而，数据交换是全自动的，同时它也容易使与地理信息系统联动的变化时，有模型更改或添加一个新的模块。当利用地理信息系统的编程语言创建一个模型，或当一个简单的GIS是由复杂的建模系统同化，则使用嵌入式耦合。相反，其他耦合方法，嵌入式耦合需要在编程和数据管理显著的投资。需要改变时，这两种方法施加多个约束（Gogu等人，2001; Li等人，2007）。考虑到上述信息后，选择了紧密耦合在这项研究的农业水文模型和ArcInfo GIS之间的联系。

考虑到上述因素，本文旨在建立一个分布式的农业水文模型和评估在区域范围黑河流域中部绿洲灌溉性能，水生产力和节水能力。在这项研究中，盈科灌区（YID）中间黑河流域被选为案例研究的领域，因为其良好的灌溉管理和种植模式的代表性，同时也因为前研究，并在区域尺度足够的数据可用。与土壤，作物和灌溉的观察实验是在嵌入式与作物生长模型EPIC（威廉姆斯等人都农场和地区scales.The土壤 - 水 - 大气 - 植物模型，SWAP（克罗斯和面包车大坝，2003年）进行。 ，1989年），命名为SWAP-EPIC，被选为农业水文过程的在这项研究中模拟。交换史诗密切结合使用ArcInfo的地理信息系统Visual Basic应用程序（VBA）的计划。它被以分布式的方式进行模拟以考虑在YID天气作物土灌溉的组合的延长。最后，在分布式模型被用来评估本灌溉性能和可湿性粉剂，并且在管和场秤采用改进的管理时，调查为YID节水能力。这项研究的最终目标是提供在中间黑河流域灌区合理的农业用水和进一步落实水资源管理措施的建议

2. 材料和方法

2.1. 研究领域

在云南发展培训学院，位于黑河流域干旱中游，西北中国（38°50-38°58N，100°17-100°34E），是中间的第三大灌区绿洲区（图1）。它占地19,200公顷，其中68％（13147公顷）是水浇地。云南发展培训学院包括6个乡镇（其中74个村）有10.6万人，大多是农民和农村人口。这是一个冲积洪积或平原的一部分，海拔变化的1450年至1600年米以上海平面。土壤质地区别于沙壤土。在表1中提供了用于0-140厘米深度的土壤的物理性质。冬季漫灌（有大约200毫米深度）始终应用于滤盐和土壤水分存储下一个季节。地下水埋深较大，并在大部分地区的作物生长期间土壤中不显示盐渍化问题的YID。该饱和土壤膏提取物（即： EC E）的导电率的范围为1.5至4.0 dS的M -1如Zhang等人的报道。 （2006年）。主要农作物是玉米和春小麦，用自己的耕地面积占总种植面积的83％;经济作物占面积的15％。还有用草和其他植物在云南发展培训学院的小区域。

研究区具有典型的寒冷，干旱大陆性气候。寒冷干燥的冬季和炎热的夏天很长，而春季和秋季是短暂的，多风少雨。年平均气温为6.5-7.0℃与最低-28℃和最大33.5℃.在云南发展培训学院的年平均降水量小，平均125毫米，与生长季节作物中90％的降雨（ 3至9月）。一年一度的参考蒸散量（ET O）是计算与PM-ET O法（Allen等，1998）并且是1200左右毫米，变化不大的YID。与土壤水分，作物和灌溉的空间变异相比，ET O和雨量数据的变化对在云南发展培训学院区域模拟小的影响。年日照时数约3000小时，在无霜期每年持续140天。

表1：在USDS分类在盈科灌区主要土壤类型（0-140厘米土壤深度）土壤的物理性质

注意：土壤类型对应于图中的土系. 4A。

图1 盈科灌区的地理位置和观测点的分布

云南发展培训学院拥有广泛的网络渠道包括总干渠，2分干渠和1000余经销商（图1），27中学运河。该网络是由盈科干渠，它​​直接从黑河引水服务。斗渠的主要，次要和70％一字排开，液压建设也自2002年以来再次更新。河水具有良好质量的0.35 dS m minus;1低电导率低。农作物主要灌溉用运河水，和常用边框或盆地的灌溉方法。地下水主要提取家庭和工业使用，部分用于补充农业灌溉时，运河水的供应不足或不及时。这主要发生蔬菜和总干渠的下游地区的一些农作物或接近亚运河终点。近年来，地下水过度开采已导致地下水位（Qi and Luo，2005年）逐渐下降。地下水埋深从西南40米变化到东北部5米，内容涉及地形的变化。

作为中间绿洲粮食主产区，YID需要大约1.75亿msup3;，每年灌溉用水，占中部绿洲需水量的10％。然而，缺水达到每年1800万msup3;。节水的做法已在云南发展培训学

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