变化环境下平原灌区涝灾响应机理研究

Climatic change and human activities have changed the regime of waterlogging -deducing factors, environment and hazard bearing body. The formation and evolution regimes of waterlogging in irrigation district have been affected. Therefore, the objective of this project is to study the response regularity of waterlogging in flat irrigation district to circumstance change, and eventually to propose scientific strategies for waterlogging control and hazard reduction. In this project, regional observations and experiments on water cycle will be carried out to reveal the differences of drainage characteristics across spatial scales, and to discuss the influential factors of scale effects. A distributed waterlogging simulated model will be developed in comprehensive considerations of the effects of natural water cycle process and human intervention，and study proper approaches of model units-division and flow-direction-determination. The schemes of different environmental factor combination are developed to analyze response of waterlogging regimes to environmental variations. At last, the optimal method is developed to optimize the design and scheduling strategy of waterlogging works in flat irrigation district. The research results will enrich the theory and technology of agricultural drainage and waterlogging reduction, and relieve the adverse impact of environmental change on agricultural production in flat irrigation district.

气候变化和人类活动干扰改变了灌区涝灾致灾因子、孕灾环境和承灾体情势及其相互关系，直接影响灌区涝灾形成过程和演变规律。本项目以认识变化环境下平原灌区涝灾响应规律，制定科学的除涝减灾对策为目标，通过典型平原灌区不同尺度水循环监测试验，分析灌区不同尺度排水特征及其影响因素；基于排水试验结果，研究平原灌区涝灾模拟单元离散、水流流向确定方法，构建综合考虑自然过程和人为干预影响的灌区涝灾情势分布式模拟模型；结合影响涝灾的环境因子改变情景，揭示环境变化对灌区涝灾的影响机制；最后利用优化方法，优化灌区除涝工程设计及其运行调度策略。研究成果对发展农田排涝理论与技术具有重要的意义，可为变化环境下平原灌区排涝工程规划建设和科学调度提供理论支撑。

气候变化和人类活动干扰改变了灌区涝灾致灾因子、孕灾环境和承灾体情势及其相互关系，直接影响灌区涝灾形成过程和演变规律。本项目以典型平原水稻灌区——高邮灌区为研究对象，分析了分析灌区不同尺度排水特征及其影响因素，构建综合考虑自然过程和人为干预影响的灌区涝灾情势分布式模拟模，揭示环境变化对灌区涝灾的影响机制，提出灌区除涝工程设计及其运行调度策略。得到的主要研究成果有：（1）稻田排水量主要受降雨量影响，而降雨强度降雨强度主要影响排水峰值，决定了农田排水过程形状；合理调控稻田水分能够有效的减少稻田排水量；平原水稻灌区排水受沟渠塘库调蓄影响，排水干沟尺度排水量较稻田排水量分别减少50%以上，存在明显的尺度效应。（2）耦合稻田产流模型和排水河网模型，建立的水稻灌区涝水过程模拟模型能够很好的反映水稻灌区产流与汇流的作用机理，以及涝水过程对除涝工程调度的响应，能够同时很好的模拟稻田淹水深、稻田降雨径流排水和河道水位演进过程。模型模拟稻田蓄水深、稻田排水径流和河道水位的纳什系数分别达到0.84、0.91和0.9。（3）灌区除涝工程优化调度模型考虑了径流过程和各排涝工程之间水力连接约束，实现排涝工程在时间和空间上优化调度。优化后的除涝工程调度方案较传统水位控制调度方法减少涝灾损失约20%。（4）未来极端降雨量增加，灌区作物受淹减产损失和除涝泵站运行费用均不同程度增加；在除涝工程保持不变的情况下，由于未来降雨量的极端化，导致现状除涝工程除涝减灾标准降低。在相同频率降雨条件下，未来气候模式下研究区闸门关闸时间提前，泵站开机时间提前，泵站运行台数和运行总时长均不同程度增加。（5）提高泵站排涝流量和采用无水层节水灌溉能够缓解未来极端降雨造成的灌区涝灾风险增加问题。当研究区泵站流量提高10%、20%和30%时，区域涝灾总损失分别减少2.7%~10.6%、6.9%~13.2%和13.3~35.0%。稻田采用节水灌溉增加了灌区调蓄能力，降低了灌区涝灾损失风险。