黑河流域绿洲农业水转化多过程耦合与高效用水调控

Aiming at the overall goals set by “the Major Research Plan on ecology-hydrology integration in Heihe River Basin”, the proposed project will focus on coupling mechanisms and quantification of agricultural water multi-process transformation in the oasis of middle reach of Heihe River Basin. The project will study the response mechanisms of water demand spatiotemporal pattern across the oasis to the climate change, reveal the coupling mechanisms and quantification of irrigation water multi-process transformation at different scales of field, canal and the oasis, explore coordinating methods on improving multi-scale agriculture water use in the oasis and its regulating mode, and establish water distribution methods based on water-saving, high-efficiency, and oasis healthiness. Based on the studies mentioned, an integrative model system on coupling agricultural water multi-processes transformationand decision support system will be developed to predict spatiotemporal patterns of different components associated with agricultural water transformation and water use efficiency in the oasis under climate change conditions, and to achieve optimized water distribution and high efficiency water use plans. The outcome of the proposed project will provide overall integration of “the Major Research Plan on ecology-hydrology integration in Heihe River Basin” with basis processes, quantification, optimized scenarios, regulating model for water-saving and high efficiency water use,and a sub-model on coupling and modeling agricultural water multi-process transformation and decision support. Therefore, the project will improve the understanding and quantification of water resources transformation, and also to improve regulating capability for sustainable water resource use in the oasis.

针对“黑河流域生态-水文集成研究”重大研究计划总体目标的要求，以深入认识黑河流域中游绿洲农业水转化多过程耦合机理及定量关系为主线，探讨绿洲耗水时空格局对变化环境的响应机制与适度农业规模的确定方法，揭示农田、渠系和绿洲灌溉水转化多过程的耦合机理与定量关系，探索绿洲多尺度农业水效率协同提升机制与调控模式，建立基于节水高效与绿洲健康的水资源调配方法。在此基础上，集成绿洲农业水转化多过程耦合与决策综合模型系统，预测变化环境下绿洲农业水转化与水效率参量时空分布，获得水资源优化调配和高效用水方案。项目研究成果将为“黑河流域生态-水文集成研究”重大研究计划的整体集成提供绿洲农业区水转化的基本过程、量化方法、优化情景、节水高效调控模式及农业水转化多过程耦合模拟与决策子模型，提升对绿洲农业区水资源转化过程的认知水平和量化精度以及绿洲水资源可持续利用的调控能力。

本项目研究为“黑河流域生态-水文集成研究”重大研究计划的整体集成，提供绿洲农业区水转化的量化方法、节水高效调控模式、农业水转化多过程耦合模拟与决策子模型，提升对绿洲农业区水资源转化过程的认知水平和量化精度以及绿洲水资源可持续利用的调控能力。提出了绿洲农田灌溉需水量指标方法及生态需水量确定方法，确定了黑河中游绿洲农田的最大耗水量、实际耗水量和最低耗水量及生态需水量；建立了绿洲分布式需水模型，重构了绿洲过去30年及未来气候变化下需水演变过程。建立了渠系输配水及渗漏损失过程-农田水循环及生产力-地下水运动过程耦合的绿洲水转化及水效率模型，模型突出了绿洲农业区农业种植与土壤质地影响的灌溉水时间差异及渠系输配水与渗漏损失过程。明确了绿洲土壤因素对灌溉水生产力影响贡献和水肥等管理因素的贡献，获得了绿洲最优水肥管理模式，即在现状的基础上减少灌水量、增加磷肥施用量以及增加种植密度。提出了一种确定绿洲适度规模和农业规模的方法，获得了现状给定农业用水下不同水文年适度农业规模及未来不同气候情景、生态情景、来水情景等变化环境下的适度农业规模，实现了绿洲农业规模的空间优化布局。研究产生绿洲典型农田作物生育期土壤养分、水分动态及产量数据，可用于农田尺度作物生产力模型率定验证及评价；生成绿洲灌溉需水指标空间分布数据，可用于分析评估绿洲灌溉丰亏，指导绿洲用水率提升；以及过去30年绿洲灌溉水生产力及农业投入要素数据，可用于分析研究绿洲农业生产力变化及驱动因素，进一步评价绿洲农业-水-生态系统的健康程度。本项目共培养青年科技人才26名，其中入选国家万人计划领军人才2人、长江学者1人、国家杰青1人、青年长江2人、国家优青1人、获中国青年科技奖1人。项目培养博士生20名，硕士生31名。项目完成的成果获部级二等奖1项，省级一等奖1项；项目成果申请发明专利8项，实用新型专利11项，登记软件著作权6项，发表SCI论文94篇。