井渠结合灌溉模式下灌溉水利用效率的空间尺度效应及其转换

Under the well-canal combined irrigation,return flow such as the percolation,canal water seepage and the drainage at a small scale could be reused in vertical and horizontal directions at a large scale,which results in the difference in the assessment of irrigation water use efficiency across scales. To effectively utilize irrigation water and popularize water saving irrigation necessitates better understanding this scientific issue. This project aims to study the mechanism of the scale effect and the scaling of irrigation water use efficiency under the well-canal combined irrigation mode. Firstly, boundaries of different spatial scales are defined. Next, the advantages and disadvantages of commonly used irrigation water use efficiency are analyzed and several indices are proposed. Moreover, the meanings and the expressions of these proposed indices at different spatial scales are given. And then, the water budget at different spatial scales is quantified using the data from the field tests and the hydrological simulation. Further, the law of water movement across different scales is analyzed and the mechanism of scale effect is revealed. Considering the reuse of the return flow, water balance equation-based scaling method of irrigation water use efficiency is deduced. And the practical scaling equations are put forward in this program. The results of this study would offer the theoretic basis and technical support for rational water saving irrigation.

井渠结合灌溉模式下，根系深层渗漏、渠系损失水量和田间排水量等小尺度的回归水量在大尺度上通过水平或垂直两个方向上的再利用，造成了不同尺度上灌溉水利用效率评估结果出现差异，准确理解这一科学问题对于灌溉高效用水的研究和节水灌溉技术的推广有着极其重要的意义。本课题对井渠结合灌溉模式下灌溉水利用效率的空间尺度效应和转换进行机理性研究，首先进行空间尺度划分并比较常用灌溉水利用效率适用条件，其次确定灌溉水利用效率指标及其在不同尺度上的内涵，然后利用田间数据和水文模型量化不同尺度水收支，分析水分在空间尺度之间的转换和再利用规律，揭示灌溉水利用效率的尺度效应及其产生机理，同时以水量平衡为基础、以回归水及其重复利用量的尺度关联性为纽带探讨灌溉水利用效率的尺度转换方法，提出不同尺度灌溉水利用效率相互转换的实用公式，研究成果将为科学合理地进行节水灌溉提供理论基础和技术支撑。

井渠结合灌溉模式下，回归水在空间上的重复利用使得灌溉水利用效率出现空间尺度效应，准确理解这一科学问题对于灌溉高效用水的研究和节水灌溉措施和策略的推广有着极其重要的意义。本课题在进行空间尺度界定和不同尺度用水效率比选基础上，通过构建水均衡模型量化不同尺度水收支，揭示灌溉水利用效率的尺度效应及其产生机理，同时以水量平衡为基础、以回归水及其重复利用量的尺度关联性为纽带探讨灌溉水利用效率的尺度转换方法，研究成果将为科学合理地进行节水灌溉提供理论基础和技术支撑。取得了以下几方面的成果：. （1）传统用水效率指标虽然能够有效评估灌溉工程的运行和管理效率，但由于忽视了回归水的重新利用，不适用于大尺度节水效果的评价；考虑了回归水再利用的用水效率指标也需要更全面的考虑再利用中的成本问题；. （2）基于干旱区平原绿洲散耗型水文模型，本文针对研究区水循环特征构建了一个分区的水均衡模型，实测地下水埋深对模型进行了检验，结果表明该模型能够描述井渠灌溉模式下水分运动特征和不同分区之间的水力联系。. （3）腾发量占净入流量比例总体呈现逐渐升高趋势，从单个地块提升到连续四个地块后，该指标提升约6.4%，出流量占净入流量比例总体呈现逐渐减小趋势，减小幅度约6.7%。考虑回归水重复利用后，腾发量占净灌溉降雨量比例较腾发量占灌溉降雨量比例在不同尺度上的提升幅度为1.9%~2.4%。. （4）构建了综合考虑空间变异性和回归水重复利用的尺度转换公式，并且根据模拟的水平衡要素给对尺度转换公式进行了验证。. （5）根据尺度转换公式介绍了如何量化空间变异和回归水利用两个因素对尺度效应的作用权重。以单个地块尺度提升到四个地块尺度为例，回归水重复利用和空间变异性各自的影响权重分别为98.96%和1.004%，回归水重复利用是主导因素，且重复利用水量对该指标产生随尺度的升高而产生正作用，空间变异性对该指标随尺度的升高而产生负作用。. 目前已经完成了预定的研究任务，在国内外学术期刊发表论文6篇，其中EI检索2篇，核心期刊论文4篇。