农业水文模型的研究进展及其效应分析 .pdfVIP

农业水文模型的研究进展及其效应分析

王新源;王姗姗

【摘要】文章简要论述了农业水文模型在农业水文过程模拟、农业用水效率评估

以及农业水文效应三个方面的应用研究,并简要概括了上述三个研究方面在目前研

究中的不足和可以改进之处,总结并展望了农业水文模型在未来发展中应该重点关

注的问题.

【期刊名称】《黑龙江水利科技》

【年(卷),期】2018(046)010

【总页数】4页(P42-44,76)

【关键词】研究进展;农业水文模拟;农业用水效率;农业水文效应

【作者】王新源;王姗姗

【作者单位】黑龙江大学水利电力学院,哈尔滨150080;黑龙江大学农业资源与环

境学院,哈尔滨150080

【正文语种】中文

【中图分类】P334

0引言

我国是一个严重干旱缺水的国家。人口急剧增长和经济的迅猛发展对我国水资源的

分配和利用造成了巨大挑战，我国水资源本就存在着时间和空间分配不均的问题，

降水量从东南沿海向西北内陆递减，同时，我国大部分地区属于温带季风性气候，

降水量呈现明显的夏季多、冬季少的特点。纵然大江大河数量众多，淡水资源总量

为28000亿m3，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大。而我国的

农业用水消耗量竟然占据了全国耗水总量的60%，因此，发展农业高效用水，节

水灌溉，实施农业节水对我国水资源的高效利用和可持续发展有重大意义。

下面我们将详细论述水文模型在农业水文过程模拟、农业用水效率评价以及农业水

文效应中的应用及不足。

1农业水文过程模拟研究进展

为了水资源的长期可持续发展，灌区农业水循环过程及其所驱动的生态水文过程研

究已成为近年来的研究热点之一，生态环境在节水灌溉和高效用水中受到的影响也

受到越来越多的关注。随着水资源内涵的进一步扩大，农业水文循环研究已从较单

一的田间水资源转化研究扩展至灌区农田水文过程、生态环境、地下水文等不同领

域的相互融合，向着多学科交叉的综合研究模式发展。对于干旱引水灌区而言，实

施农业节水在解决流域水资源短缺问题的同时，可能对灌区农业和生态水文过程带

来系列的负面效应。同时，土壤水盐动态也将随之发生变化，将会引起作物耗水规

律的改变；进而影响灌区水文过程与水资源转化规律以及天然植被和作物的正常生

长等。因此，采取何种农业节水措施以及如何公正合理的评价该措施将有重大意义。

澳大利亚水文学家Philip在1966年提出了SPAC(Soil-Plant-Atmosphere

Continuum，即土壤-植物-大气连续体)的概念，把土壤一植物一大气作为一个物

理上的连续体，用统一的能量指标——水势作为各介质间水分关系的连接，探讨

以土壤水和作物关系为中心的农田水分运移转化机理，协调土壤水分、作物及生态

环境之间的关系，构成了现代农田生态系统研究的基本框架和理论基础。近年来，

为了加强地下水与SPAC系统的联系，国内部分学者将地下含水层纳入到SPAC

系统中，提出了地下水—土壤—作物—大气连续体(Groundwater-SoilPlant-

AtmosphereContinuum，即GSPAC)系统的概念，并对此做了许多相关研究。

现代农业水循环实际就是研究在农田灌区尺度下GSPAC系统中地下水、土壤水、

植物水、大气水、地表水和之间的相互转化关系及规律。

目前对农田水文过程研究的主要方法有农田土壤水量平衡模型和基于动力学机制的

土壤水流数值模拟。农田水量平衡模型是由水量平衡原理通过估算一定时段内各平

衡要素来研究农田中水分转化过程的模型。该方法物理概念明确，限制条件少，广

泛应用于计算作物耗水量、制定灌溉制度和估算灌溉水深层渗漏等领域。目前研究

者已开发了诸多此类模型，其中具有代表性的常用模型有ISAREG模型，它是集

模拟土壤水盐、作物生长与决策灌溉制度为一体的多功能模拟模型。但水量平衡模

型在应用中仍然存在许多的不足之处，由于水平衡项的测试技术精度不同，模型的

精度往往得不到保证。

土壤水流模拟模型以非饱和土壤水分运动方程做为基础，借助于现有的计算机技术，

在已知定解条件下求解农田中土壤水分的变化。由于模型的物理基础，所以能够更

加细致地使农田水分的动态变化表现出来。在农田尺度上，土壤水盐运移以一维垂

向流动为主，多采用一维动力学模型进行描述，国际上具有代表性的模型有

SWAP，HYDRUS，WAVE等。

在农业节水背景下，各国学者通过不懈的努力，对土壤中水分迁移规律、灌溉效率