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额济纳绿洲浅层地下水动态监测研究及其进展 被引量:12
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作者 王平 于静洁 +4 位作者 雷雷 徐永亮 朱秉启 张一驰 杜朝阳 《第四纪研究》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期982-993,共12页
浅层地下水动态是影响与制约我国西北干旱区黑河流域下游额济纳绿洲生态系统维持与修复的根本要素之一.本文通过梳理近年来额济纳绿洲浅层地下水动态变化的研究成果,结合典型观测站点的地下水水位与盐分自动监测(2010~2013年),回顾... 浅层地下水动态是影响与制约我国西北干旱区黑河流域下游额济纳绿洲生态系统维持与修复的根本要素之一.本文通过梳理近年来额济纳绿洲浅层地下水动态变化的研究成果,结合典型观测站点的地下水水位与盐分自动监测(2010~2013年),回顾了该地区地下水监测站网的发展阶段,归纳了地下水年际动态变化特征及其空间变化类型,综述了其驱动因素.地下水动态长期观测的综合分析结果表明,该地区浅层地下水水位自20世纪50年代起开始下降,一直持续到20世纪90年代末期,2000年生态输水之后,地下水位整体得到回升.根据地下水时空动态变化特征及其驱动因素,可以将研究区划分为4个典型区域:以河道渗漏补给与植被蒸腾作用为主的河岸带;以区域地下水侧向补给与潜水蒸发作用为主的荒漠戈壁带;以地下水依赖型生态系统蒸散发与区域地下水侧向补给作用为主的天然绿洲区;以地下水开采与人工回灌作用为主的人工绿洲区.研究认为,间歇性河流的渗漏补给以及荒漠-绿洲生态系统的蒸散发是该地区浅层地下水系统动态变化的主要驱动因素.此外,人为配置地表水资源与局部开采地下水资源加剧了地表水与地下水之间的相互转化,改变了浅层地下水系统的天然动态.为了定量识别生态输水配置下的地表水-地下水相互转化及其与生态环境之间的关系,下一阶段的研究应以地表水/地下水系统动态联合监测为基础,深入开展关键水文过程野外试验研究,同时强化人类调控下的水文过程多尺度综合模拟. 展开更多
关键词 极端干旱区 额济纳绿洲 地下水动态 生态输水 地表水与地下水相互转化
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太行山前平原典型灌溉农田深层土壤水分动态 被引量:10
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作者 景冰丹 靳根会 +1 位作者 雷雷 沈彦俊 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第19期128-134,共7页
该文针对70年代以来太行山前平原典型灌溉农田地下水位普遍下降的问题,通过分析中国科学院栾城农业生态系统试验站连续3 a的农田土壤水分观测资料,探讨了山前平原典型灌溉农田0~800 cm深土壤水势变化规律和0~1 540 cm深土壤水分含量变... 该文针对70年代以来太行山前平原典型灌溉农田地下水位普遍下降的问题,通过分析中国科学院栾城农业生态系统试验站连续3 a的农田土壤水分观测资料,探讨了山前平原典型灌溉农田0~800 cm深土壤水势变化规律和0~1 540 cm深土壤水分含量变化规律。结果表明:土壤水分动态自上向下具有明显的分带性,0~800 cm土壤层水分动态可分为3层:0~200 cm为入渗-蒸发交替变动带(水分增长和消退的较快,土壤含水率变化范围为0.14~0.47 cm3/cm3,基质势变化范围为-628.21~0 cm,>200~600 cm为非稳定入渗带(土壤含水率变化范围为0.04~0.41 cm3/cm3,基质势变化范围为-311.79~0 cm,土壤水势梯度有一定变化范围在0.1~5.61 cm/cm之间),>600~800 cm为相对稳定入渗带(土壤含水率在0.03~0.35 cm3/cm3之间变化,基质势变化范围为-138.18^-45.57 cm,土壤水势梯度在单位势梯度左右浮动)。在土壤质地和土壤含水率(维持在田间持水量水平)的影响下,深层土壤层的湿润锋运动速率较快(0.13 m/d),表明地下含水层会迅速地响应地表水分输入(降水和灌溉)。结果可为太行山前平原典型灌溉农田地下水分及可持续利用提供科学依据。 展开更多
关键词 土壤水分 灌溉 地下水 太行山前平原
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河北平原浅层地下水位动态变化分析 被引量:10
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作者 刘美英 雷雷 沈彦俊 《中国农村水利水电》 北大核心 2017年第8期80-85,共6页
河北平原是我国当前水资源供需矛盾最为严重的地区之一。基于位于河北平原2008-2014年11个监测点日尺度的地下水埋深数据,分析了河北平原不同地区的浅层地下水动态变化。结果表明:地下水位埋深呈现出由山前平原区到中部平原区不断减小... 河北平原是我国当前水资源供需矛盾最为严重的地区之一。基于位于河北平原2008-2014年11个监测点日尺度的地下水埋深数据,分析了河北平原不同地区的浅层地下水动态变化。结果表明:地下水位埋深呈现出由山前平原区到中部平原区不断减小的特征;山前平原区地下水位整体上不断下降,但局部区域受水库储水、土地利用和降水量变化等影响,地下水位呈回升趋势,中部平原区的地下水位年际波动不超过3 m;山前平原区的年内最高和最低水位分别出现在2-3月和7-8月份,而中部平原区则分别出现在4-6月和9月份;由于地下水开采强度、土地利用、地形地貌等因素的差异,不同地区年内水位下降和水位回升状况也存在较大差异。 展开更多
关键词 河北平原 地下水位动态 水位下降 水位回升
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京津冀地区农业生产与水资源利用:历史与适水转型 被引量:8
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作者 齐永青 罗建美 +3 位作者 高雅 雷雷 韩琳娜 沈彦俊 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期713-722,共10页
京津冀地区是资源型缺水地区,也是我国的主要农业区之一。本文对京津冀地区农业生产和灌溉水资源利用的历史阶段特征和适水转型进行了分析,对京津冀地区农业适水转型路线提出建议。1970年代末以来,井灌为主的灌溉体系基本覆盖平原农区,... 京津冀地区是资源型缺水地区,也是我国的主要农业区之一。本文对京津冀地区农业生产和灌溉水资源利用的历史阶段特征和适水转型进行了分析,对京津冀地区农业适水转型路线提出建议。1970年代末以来,井灌为主的灌溉体系基本覆盖平原农区,小麦玉米占优的作物结构形成,蔬果产能快速扩大。粮食产量从2136.2万t增加至3944.8万t,蔬菜产量从1093.7万t增加至5508.4万t,水果产量从144.0万t增加至1505.2万t。灌溉占地下水消耗的70%,是京津冀平原区地下水超采的主要原因。近40年来,京津冀三地农业的差异化发展强化了河北省在京津冀农业生产中的重要性和基础性功能,也加重了河北平原农业生产和资源节水压力。现有田间试验和作物模型研究结果表明,通过优化轮作模式,降低复种指数,将小麦-玉米一年两熟灌溉高产模式调整为两年三熟或者三年四熟,减少高耗水的小麦,适度增加杂粮、薯类或将夏玉米改为春玉米等措施,可在较小产量损失下,达到农业耗水与水资源条件的平衡。现有研究明确了通过压缩高耗水作物构建适水种植结构的总体方向,但对于不同适水轮作模式在中长期时间尺度上的产粮能力与耗水强度的交互关系仍不明晰,实用高效的适水田间管理与生产技术支撑体系也需不断完善。在政策层面,需健全京津冀地区农业综合规划与产业发展体系,统筹长期目标和短期措施,在保障区域粮食安全和农产品生产稳定的前提下,有序地推进京津冀地区农业生产的适水转型。 展开更多
关键词 作物生产 灌溉 水资源利用 京津冀地区 适水农业
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我国黑土粮仓正面临极端水文干旱加剧的威胁 被引量:4
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作者 刘孟竹 郭英 +6 位作者 张晓龙 沈彦军 张玉翠 裴宏伟 雷雷 王仕琴 沈彦俊 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期481-484,M0003,M0004,共6页
黑土粮仓是中国粮食安全的“压舱石”.近几十年频现的水文干旱对黑土粮仓粮食生产和生态安全造成了极大影响,然而目前该区水文干旱的变化机制仍未被很好地揭示.本研究使用GRACE卫星数据并结合3种机器学习模型,重建了黑土粮仓(主要研究... 黑土粮仓是中国粮食安全的“压舱石”.近几十年频现的水文干旱对黑土粮仓粮食生产和生态安全造成了极大影响,然而目前该区水文干旱的变化机制仍未被很好地揭示.本研究使用GRACE卫星数据并结合3种机器学习模型,重建了黑土粮仓(主要研究区为松花江流域)近60年(1960~2020年)的水储量变化并揭示了水文干旱规律.结果显示,尽管观测期内(2002~2020年)水储量在增加(+4 mm/a),但平均水储量仍低于重建时期(1960~2002年)水平.近20年的水文干旱相比于历史时期愈加频繁和极端,最近10年的多雨期甚至也出现了以往少雨期才有的异常水文干旱事件.随着下一个少雨期的到来,未来的极端水文干旱将会进一步加剧,这给当地的农业和生态安全带来了极大威胁.我们呼吁相关管理者重视该地区极端水文干旱事件频发并加剧的现象,及时制定应对预案来保障我国黑土粮仓的生态与粮食安全. 展开更多
关键词 粮食安全 水文干旱 生态安全 松花江流域 粮仓 多雨期 变化机制 黑土
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生态学长期研究促进资源高效利用和区域农业可持续发展 被引量:5
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作者 沈彦俊 胡春胜 +7 位作者 张喜英 程一松 张玉铭 齐永青 张玉翠 雷雷 李红军 许亚宾 《中国科学院院刊》 CSCD 北大核心 2018年第6期648-655,共8页
华北平原农业的高强度水肥投入造成严重地下水超采和氮素污染风险。中国科学院栾城农业生态系统试验站立足农田生态系统的长期生态学监测和研究,围绕农业资源高效利用和可持续发展,建立了农田土壤-作物-大气系统(SPAC)界面节水调控理论... 华北平原农业的高强度水肥投入造成严重地下水超采和氮素污染风险。中国科学院栾城农业生态系统试验站立足农田生态系统的长期生态学监测和研究,围绕农业资源高效利用和可持续发展,建立了农田土壤-作物-大气系统(SPAC)界面节水调控理论与技术,提出基于农田水平衡的休耕轮作和适水型种植制度调整思路,阐明了农田碳氮循环特征和温室气体排放及硝酸盐淋失通量,在厚包气带水盐运移和硝酸盐转化和削减机理方面取得突破性认识,研发了农田生产信息快速获取和精准管理的技术产品与平台,并与农业发展紧密结合,集成了系列农业生产技术模式,为区域农业的优质高效发展和水资源可持续利用提供了理论和技术支撑。 展开更多
关键词 华北平原 地下水超采 农田节水理论与技术 农田生态系统碳氮循环 硝酸盐淋失
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地下水压采下河北平原冬小麦面积及耗水变化 被引量:1
7
作者 泉涛 李红军 +4 位作者 沈彦俊 王卓然 雷雷 齐永青 张建永 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1460-1470,共11页
河北省是我国的重要粮食生产基地,资源性缺水与长期高强度的农业生产,导致河北平原水资源危机进一步加剧。面对水资源安全与粮食安全的矛盾,河北省政府自2014年起实施地下水压采政策,在农业生产上开展季节性休耕、实施旱作雨养、推广节... 河北省是我国的重要粮食生产基地,资源性缺水与长期高强度的农业生产,导致河北平原水资源危机进一步加剧。面对水资源安全与粮食安全的矛盾,河北省政府自2014年起实施地下水压采政策,在农业生产上开展季节性休耕、实施旱作雨养、推广节水农业等措施。为探明地下水压采政策下河北平原冬小麦种植面积与耗水特征的变化,本研究利用MODISNDVI数据提取了河北平原2009—2019年冬小麦种植空间分布,结合TSEB(基于双源能量平衡模型)蒸散产品以及农业生产统计数据,对压采政策实施前后进行了比较研究,并调研了相关变化的驱动因素。结果表明:河北平原的冬小麦种植面积在2009—2019年持续增长了18.37万hm^(2),压采政策实施后表现为东部增加西部减少的特征,总体上增加10.4万hm^(2)。通过实地调研发现,农业生产经营者追求种植效益以及城市化导致冬小麦面积减少,政府保障粮食安全的鼓励种粮政策以及冬小麦种植全程机械化程度的提高则促使其种植面积增加。与地下水压采政策实施前相比,压采后冬小麦的蒸散量与总耗水量分别增加32.58mm和10.9亿m^(3)。季节性休耕期间,休耕地不抽取地下水灌溉,相比于麦田,休耕地能够减少73mm的蒸散耗水。2009—2019年冬小麦平均水分利用效率为1.67kg∙m^(-3)。地下水压采政策实施后,2/3地区的冬小麦水分利用效率在逐年提升。农田的破碎化、流转土地经营权不稳定以及农户节水动力和压力不足导致冬小麦节水灌溉普及率不高。面对水粮矛盾,河北平原仍需加强农业节水,真正降低蒸散耗水,才能使其得到缓解。 展开更多
关键词 地下水压采 冬小麦种植面积 蒸散 水分利用效率
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分时段修正双源模型在西北干旱区玉米蒸散量模拟中的应用 被引量:5
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作者 吴林 雷雷 +2 位作者 沈彦俊 周晓旭 刘峰贵 《中国生态农业学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期634-646,共13页
蒸散发(ET)是陆地水循环过程的重要组成部分,同时也是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节,精确估算ET,对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义。本文利用黑河重大计划观测数据,对比了考虑CO_2浓度和不考虑CO_2浓度对玉... 蒸散发(ET)是陆地水循环过程的重要组成部分,同时也是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节,精确估算ET,对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义。本文利用黑河重大计划观测数据,对比了考虑CO_2浓度和不考虑CO_2浓度对玉米冠层影响的冠层阻力模型,分别将其耦合到双源的Shuttleworth-Wallace(S-W)模型中,并利用这两种模型分时段对玉米整个生育期内半小时尺度上的ET进行模拟,利用涡度相关实测数据对模型进行验证,最后分别对影响玉米冠层阻力的气象要素和影响ET的阻力参数进行敏感性分析,探寻大气CO_2浓度改变条件下黑河中游绿洲区玉米不同生长阶段的农田耗水规律。结果表明:本文所修正的考虑CO_2浓度对玉米冠层影响的冠层阻力模型耦合到S-W模型后,能够较精准地模拟玉米整个生育期不同生长阶段半小时尺度上农田耗水过程。敏感性分析表明:各生长阶段冠层阻力(r_s^c)和冠层面高度到参考面高度间的空气动力阻力(r_a^a)对ET的影响最为强烈,其他阻力参数对ET的影响不明显,ET的变化程度随着r_s^c和r_a^a的增大而减小。本文所修正的考虑CO_2浓度影响的分时段双源模型能够精准地模拟玉米整个生育期各生长阶段的ET,可为种植结构调整和土地利用方式改变以及CO_2浓度变化环境下的农田蒸散研究提供参考。 展开更多
关键词 Shuttleworth-Wallace 模型 蒸散发 大气CO2 浓度 阻力参数 玉米
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农村坑塘蓄水利用的研究 被引量:4
9
作者 孙宏勇 刘小京 +3 位作者 雷雷 郭凯 齐永青 张喜英 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 北大核心 2016年第A01期17-19,22,共4页
农村坑塘遍布于我国的广阔农村, 其具有集蓄雨水、蓄洪除涝、灌溉抗旱和美化环境等多种功能.为了探索坑塘的发展及其对地区水资源、环境及农业生产的影响, 通过文献查阅和实地考察, 对坑塘蓄水利用的研究进展进行了综述.通过对坑塘的成... 农村坑塘遍布于我国的广阔农村, 其具有集蓄雨水、蓄洪除涝、灌溉抗旱和美化环境等多种功能.为了探索坑塘的发展及其对地区水资源、环境及农业生产的影响, 通过文献查阅和实地考察, 对坑塘蓄水利用的研究进展进行了综述.通过对坑塘的成因、坑塘水的来源、坑塘蓄水的效益和坑塘水利用的国内外研究进展等4 个方面的阐述,分析得出坑塘蓄水蓄集利用是我国北方水资源缺乏地区的一种水资源高效利用模式.同时, 探讨了坑塘水利用对于保障农业稳产丰产和促进水资源高效利用方面有较好的发展前景, 并对坑塘水利用的研究方向提出了展望. 展开更多
关键词 坑塘 蓄水 水资源 效益分析 研究进展 研究方向
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基于小世界网络模型的“梅特卡夫定律”反思 被引量:4
10
作者 俞杰 沈寿林 +1 位作者 雷雷 孔繁华 《指挥控制与仿真》 2009年第2期26-28,共3页
为了真正认清"网络中心战"的理论价值,对按照作为其理论支撑的"梅特卡夫定律"所规定的网络连接方式进行反思,定性分析了其带来的复杂性,并且应用小世界模型(WS)建立了复杂网络价值增益模型并进行了综合分析,发现实... 为了真正认清"网络中心战"的理论价值,对按照作为其理论支撑的"梅特卡夫定律"所规定的网络连接方式进行反思,定性分析了其带来的复杂性,并且应用小世界模型(WS)建立了复杂网络价值增益模型并进行了综合分析,发现实际网络不能够按照"梅特卡夫定律"的要求组网,指出"网络中心战"的理论缺陷,对我军信息化建设有一定的启示。 展开更多
关键词 “梅特卡夫定律” 网络复杂性 小世界模型
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华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征
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作者 姜鹏举 吴华武 +4 位作者 雷雷 沈彦俊 田丽慧 张志华 毕会涛 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1626-1636,共11页
基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18m)土壤水同位素测定结果,分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征,揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明,研究区大气降水线... 基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18m)土壤水同位素测定结果,分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征,揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明,研究区大气降水线δD=6.07δ18O–5.76(R2=0.86),土壤水δD、δ18O值均落在大气降水线下方,表明降水入渗补给土壤水过程中经历了强烈的蒸发作用;除梨园Ⅰ,土壤水同位素值变异系数浅层>中层>深层,表明浅层土壤水δD、δ18O波动较大,主要由于其易受到降水和蒸发的影响,随土壤剖面深度的增加,蒸发和降水的影响逐渐变弱;梨园Ⅰ深层土壤水同位素变异系数较大,表明该样点深层土壤水受到地下水波动的影响;梨园浅层土壤水氘盈余(d-excess)较农田大,说明农田浅层土壤水蒸发强度大于梨园;0.25~0.5m深处土壤水均出现δD、δ18O的明显富集,主要受土壤质地分层影响导致土壤水入渗受阻,同位素较为富集的土壤水在此深度层积聚;而梨园2~5 m出现δD、δ18O的贫化现象,主要是梨树根系埋深使得降水以优先流形式补给至此土壤层。梨园和农田包气带土壤水δD、δ18O垂直剖面上差异显著,表明了华北平原不同土地利用方式的包气带土壤水入渗过程有明显差异,梨园包气带土壤水入渗过程主要以优先流补给影响。本研究为深入了解华北平原农田区厚包气带水分运动、氮素迁移转化与地下水水质之间的关系提供了理论依据。 展开更多
关键词 华北平原 土壤水 稳定同位素 土地利用 包气带
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黑河下游河道渗漏面积的估算及其精度初步研究 被引量:3
12
作者 毛丽丽 于静洁 +2 位作者 张一驰 王平 雷雷 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 2011年第5期27-30,58,共5页
黑河流域是我国西北干旱区内陆河的一个典型流域,其下游生态环境用水主要来源于地下水,地下水的补给主要通过河流的渗漏过程,因此河道渗漏补给是下游生态用水的主要来源。定量确定河道渗漏水量之前,首先需要确定河道渗漏面积。由于野外... 黑河流域是我国西北干旱区内陆河的一个典型流域,其下游生态环境用水主要来源于地下水,地下水的补给主要通过河流的渗漏过程,因此河道渗漏补给是下游生态用水的主要来源。定量确定河道渗漏水量之前,首先需要确定河道渗漏面积。由于野外条件的限制,河道过水过程中黑河下游狼心山至东居延海区间河道的渗漏面积实地测量非常困难。根据水文流量资料选取2001年、2002年、2004年、2009年四年中全断面过水ETM遥感影像数据,在此基础上,运用遥感与GIS技术研究了对应时间黑河下游河道渗漏面积。选取具有不同特征的五段河道,运用AutoCAD软件对遥感提取结果进行误差分析,得到平均相对误差为4.29%,证明直接利用监督分类方法提取得到的结果具有较高的精度。在此基础上,建立渗漏面积与河长之间的关系。为该区域的水文过程及河道周围生态环境等的研究提供了数据和研究基础。 展开更多
关键词 黑河流域 遥感 河道 渗漏面积 误差估算
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多源土壤水分产品在河北平原的适用性评价 被引量:2
13
作者 石嘉丽 张晓龙 +3 位作者 雷雷 张婧 王妍 沈彦军 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期809-819,共11页
河北平原地处华北平原中部,是我国重要的粮食产区,是世界上冬小麦、夏玉米最高产的地区之一。土壤水分作为作物生长的直接水源和基础条件,对灌溉决策、干旱预报均有重要意义。虽然多源土壤水分产品已获得了长足发展,但其在河北平原的适... 河北平原地处华北平原中部,是我国重要的粮食产区,是世界上冬小麦、夏玉米最高产的地区之一。土壤水分作为作物生长的直接水源和基础条件,对灌溉决策、干旱预报均有重要意义。虽然多源土壤水分产品已获得了长足发展,但其在河北平原的适用性还缺乏全面的定量评价。本文利用河北平原望都、霸州、威县、栾城4个站点2018年1月至2019年10月的表层10 cm土壤水分实测数据,通过相关系数、偏差、均方根误差、无偏均方根误差4个指标,对比分析了SMOS、SMAP、FY3B、ERA-Land、GLDAS、GLEAM等6种土壤水分产品在河北平原典型农田的具体表现。整体而言,除夏季FY3B存在高估外,多源土壤水分产品对河北平原不同站点实际土壤含水量有不同程度的低估,研究时段内各土壤水分产品平均相关系数排序为GLEAM>FY3B>ERA-Land>GLDAS>SMAP>SMOS,平均无偏均方根误差排序为GLEAM<GLDAS<SMAP<ERA-Land<SMOS<FY3B。具体表现为:1)同化多源数据的GLEAM、GLDAS、ERA-Land数据精度较好,平均相关系数较大而平均无偏均方根误差较低。在土壤含水量高的夏季,模拟数据更接近实测值。2)FY3B数据缺失较多、波动范围较大且平均无偏均方根误差较大,但与实测数据相关性较好,平均相关系数为0.43 m^(3)·m^(−3),夏季普遍高估土壤含水量,数据精度较差,其他季节则低估。3)SMAP整体数据精度高于SMOS,夏季相关性较高但平均无偏均方根误差较大,秋季则与之相反,当实测土壤水介于0.30~0.40 m^(3)∙m^(−3)时表现较好。4)SMOS因射频干扰等原因在各站点表现最差,各站点平均相关系数仅为0.20 m^(3)·m^(−3),偏差均大于0.10 m^(3)∙m^(−3)。 展开更多
关键词 土壤水分产品 土壤水分 河北平原 农田 华北平原
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Groundwater recharge under irrigated agro-ecosystems in the North China Plain: From a critical zone perspective 被引量:4
14
作者 MIN Leilei QI Yongqing +3 位作者 SHEN Yanjun WANG Ping WANG Shiqin LIU Meiying 《Journal of Geographical Sciences》 SCIE CSCD 2019年第6期877-890,共14页
From a critical zone perspective, the present paper aims to present the magnitude of groundwater recharge under different agricultural land-use types, reveal the process of water and solute transport in thick vadose z... From a critical zone perspective, the present paper aims to present the magnitude of groundwater recharge under different agricultural land-use types, reveal the process of water and solute transport in thick vadose zone, evaluate the "time lag" effect of recharge, and underscore the role of thickening vadose zone in recharge. The results indicated that different agricultural land-use types need to be further considered in recharge rate estimate. Under the typical irrigation condition in the piedmont plain, the recharge rate under flood irrigated winter wheat and summer maize(W/M_F), maize(M), non-cultivation(NC), native vegetation(NV), vegetables(V), and orchards(O) is 206.4, 149.7, 194.1, 46.4, 320.0, and 48.6 mm/yr, respectively. In the central plain, the value under W/M_F, M, NC, V, and cotton(C) is 92.8, 50.8, 85.0, 255.5, and 26.5 mm/yr, respectively. Soil water residence time(several years) and groundwater level response time(several months) should be distinguished to further understand the processes of groundwater recharge, because the soil water displacement velocities range from 0.2 to 2.2 m/yr while the rate of wetting front propagation is approximately 47 m/yr in the piedmont plain. The thickening vadose zone would prolong residence time of soil water and contaminant, which could postpone the time of or alleviate groundwater pollution, but have no significant influence on the magnitude of recharge in a long time scale. Recharge coefficient based on shorter time span(e.g. 2 or 3 years) should be used with caution as a parameter for groundwater resources evaluation, because it varies with total water input and target soil depth. Uncertainties in evapotranspiration and other water balance components should be evaluated in recharge estimation and the impact of land-use types on recharge should be emphasized. The critical zone science would greatly improve the understanding of groundwater recharge processes. The results of the present study will be helpful in sustainable groundwater resources management. 展开更多
关键词 GROUNDWATER RECHARGE critical zone IRRIGATED AGRO-ECOSYSTEMS NORTH China PLAIN
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黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗的环境响应及模拟 被引量:2
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作者 吴林 刘兴冉 +3 位作者 雷雷 沈彦俊 刘峰贵 周晓旭 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期247-257,共11页
蒸散发(ET)是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节,精确估算蒸散发,对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义,而冠层阻抗则是准确估算蒸散发的一个重要变量。为了确定冠层阻抗模型区域适用性、解决其参数化问题,本研究基... 蒸散发(ET)是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节,精确估算蒸散发,对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义,而冠层阻抗则是准确估算蒸散发的一个重要变量。为了确定冠层阻抗模型区域适用性、解决其参数化问题,本研究基于黑河重大研究计划已有的通量观测数据,以Irmak模型为基础,考虑微气象因子与冠层阻抗之间的关系,增加了大气CO_2浓度对冠层阻抗的影响,构建了未考虑CO_2和考虑CO_2影响的两种Irmak模型,并将其与Penman-Monteith(P-M)模型耦合,利用已有涡度相关数据,分析和检验了两种冠层阻抗模型对环境变量和大气CO_2浓度响应的模拟结果,并对模型参数进行敏感性分析。结果表明:将考虑大气CO_2浓度影响的Irmak模型与Penman-Monteith模型耦合,能够更好地模拟玉米冠层阻抗和蒸散量对外部环境变量的响应过程。在参数率定期该模型所模拟的冠层阻抗和蒸散量与实测值之间的R2分别达0.76和0.95,RMSE分别达33.1 s·m-1和34.5 W·m-2;模型验证期冠层阻抗和蒸散量模拟值与实测值之间的R2分别达0.68和0.90,RMSE分别达63.2 s·m-1和49.0 W·m-2。两个独立验证点结果表明考虑了大气CO_2浓度影响的Irmak模型具有较好的空间可移植性和适应性,模型能够较为准确地模拟玉米在整个生长季半小时时间尺度上的农田耗水过程。敏感性分析表明玉米冠层阻抗及其蒸散量对净辐射和相对湿度变化最为敏感,其次是气温、叶面积指数和大气CO_2浓度。本文所构建的考虑大气CO_2浓度对于玉米冠层阻抗影响的Irmak模型能够较为准确地估算作物蒸散量,并可为种植结构调整、土地利用方式改变以及大气CO_2浓度变化环境下的农田耗水研究提供一定的研究依据。 展开更多
关键词 冠层阻抗 蒸散发 Penman-Monteith模型 Irmak模型 大气CO2浓度
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荒漠地下水的大气降水补给及其环境意义——以阿拉善高原晚全新世记录为例 被引量:2
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作者 朱秉启 于静洁 +7 位作者 Patrick Rioual Yan Gao 王平 张一驰 雷雷 杜朝阳 王训明 熊黑钢 《第四纪研究》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期994-1012,共19页
在荒漠地区选择何种方法开展地下水的补给及其环境响应研究,是目前干旱区水文学的一个难点和热点问题.本文回顾了前人在相关研究中所选择的包气带示踪方法理论及问题,以我国北方阿拉善高原荒漠为例提取了区域地下水补给和演化的有效信息... 在荒漠地区选择何种方法开展地下水的补给及其环境响应研究,是目前干旱区水文学的一个难点和热点问题.本文回顾了前人在相关研究中所选择的包气带示踪方法理论及问题,以我国北方阿拉善高原荒漠为例提取了区域地下水补给和演化的有效信息,并提供了与之相关的环境变化历史的理解.基于氯质量平衡理论所估算的荒漠非饱和带补给速率与年代学序列等研究表明:阿拉善高原中部巴丹吉林沙漠及周边戈壁等地区在晚全新世距今约700~2000年历史上,经历了数次百年尺度的地下水补给波动过程,并与区域干湿气候波动密切相关;多个剖面记录可以识别出近千年来4个相对湿润(1330~1430年、1500~1620年、1700~1780年和1950~1990年)以及3个相对干旱(1430~1500年、1620~1700年和1900~1950年)的时段.这些记录与青藏高原北缘地区的其他古气候记录具有一致性,并与我国东部气候记录有一定的对应,表明阿拉善高原地下水补给广泛反映了百年尺度上我国西北地区大尺度范围内的气候干湿变化程度,并且可能受到了东亚夏季风强度变化的影响.估算的阿拉善近千年以来的平均补给速率约为1.3 ~ 2.6mm/a,为理解区域地下水补给来源问题带来新的地质证据,但目前的研究结果与其他环境记录有较大出入.需要指出,包气带剖面的环境记录具有很多不确定性,主要来自于氯质量平衡估算中的大气Cl输入量假设和均质土壤包气带剖面(活塞流)的选择.我们认为未来应当通过对比确定性的数据(如区域基准站)和大尺度随机大气Cl输入背景来广泛检验这个不确定性及其误差;并对非饱和带地层的结构均质性、水分平流传输与扩散传输机制的相对重要性以及特征时段的“氯凸剖面”等,提供沉积学、水力学和地球化学等证据的约束. 展开更多
关键词 地下水补给 非饱和带 氯质量平衡理论 古大气降水 晚全新世 阿拉善高原
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华北平原农田关键带分类研究 被引量:1
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作者 马婉君 雷雷 +3 位作者 齐永青 刘美英 吴林 沈彦俊 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期769-778,共10页
地球关键带是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈相互作用并发生物质迁移转化的区域,也是决定人类社会生存和发展的关键区域。我国学者根据土地利用的差异对地球关键带开展了分类,其中农田关键带是人类活动影响最为强烈的一类。但已... 地球关键带是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈相互作用并发生物质迁移转化的区域,也是决定人类社会生存和发展的关键区域。我国学者根据土地利用的差异对地球关键带开展了分类,其中农田关键带是人类活动影响最为强烈的一类。但已有研究更多考虑的是地表要素,包含包气带和含水层方面的要素较少,对关键带地下部分的属性关注不够。华北平原作为我国重要粮食高产区,地下水超采严重,农业生产引起的环境污染风险日益引发关注。开展农田关键带分类研究可以为该区域地下水水量/水质演化及保护提供基础科学支撑。本研究综合考虑华北平原的第四纪沉积物特征、浅层地下水埋深、地下水矿化度以及农业土地利用类型等要素,在遵循综合性原则和主导因素原则的基础上,制定了华北平原农田关键带三级分类方案。通过使用叠置法对分类要素进行叠加和合并,提出了华北平原农田关键带的分类方案,将华北平原分为38个农田关键带类型。本研究对于深入认识农业活动对地下水环境的影响具有重要意义。 展开更多
关键词 华北平原 农田关键带 等级分类体系 重叠法 地下水环境
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土壤斥水性及其对坡面产流的影响研究进展 被引量:14
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作者 雷雷 于静洁 《地理科学进展》 CSCD 北大核心 2010年第7期855-860,共6页
作为土壤性质的一个方面,土壤斥水性可增加局部产流和加剧土壤侵蚀,引起了学者的广泛关注。本文在回顾土壤斥水性的产生原因及时空变化的基础上,总结了近10年土壤斥水性对产流影响的研究结果,主要包括:①通过减小土壤基质势梯度,降低坡... 作为土壤性质的一个方面,土壤斥水性可增加局部产流和加剧土壤侵蚀,引起了学者的广泛关注。本文在回顾土壤斥水性的产生原因及时空变化的基础上,总结了近10年土壤斥水性对产流影响的研究结果,主要包括:①通过减小土壤基质势梯度,降低坡面入渗率,增加坡面产流量,并改变产流方式;②土壤斥水性的持续时间和强度是其影响坡面产流过程的关键因素,直接决定产流的时间和数量;③土壤斥水性对产流的影响具有尺度效应,在点、径流小区尺度上,斥水性可增加产流量,但在较大尺度上对产流量的影响不显著。当前,对土壤斥水性的形成及变化规律、斥水性土壤的空间分布和对产流影响的定量研究还不足,尚需要进一步深入,为更好地解释水文过程变化提供理论依据。 展开更多
关键词 土壤斥水性 入渗 坡面产流
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三种方法测估的林地稳渗率对比初探 被引量:13
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作者 雷雷 于静洁 +1 位作者 张广英 王胜宝 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 2010年第5期36-38,共3页
稳定入渗率(稳渗率)是衡量土壤渗透性能的重要指标。采用双环入渗法(RI)、人工降雨法(RS)和Guelph渗透仪法(GP)测估了太行山低山丘陵区油松林地的稳渗率。三种方法测估的稳渗率分别为0.5mm/min,0.35mm/min和0.04mm/min。在此基础上,对... 稳定入渗率(稳渗率)是衡量土壤渗透性能的重要指标。采用双环入渗法(RI)、人工降雨法(RS)和Guelph渗透仪法(GP)测估了太行山低山丘陵区油松林地的稳渗率。三种方法测估的稳渗率分别为0.5mm/min,0.35mm/min和0.04mm/min。在此基础上,对比了三种方法的优缺点,可为今后研究提供依据。本研究为太行山低山丘陵区土壤渗透性能的初步研究,存在着测定的样本点不足等问题,需要进一步的研究。 展开更多
关键词 双环入渗法 人工降雨法 Guelph渗透仪 稳定入渗率
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华北山前平原典型站点地下水位与硝酸盐变化特征
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作者 孙楷雯 雷雷 +2 位作者 王玉才 刘美英 沈彦俊 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1411-1419,共9页
华北平原是我国重要的集约化农业生产区,该区域农业生产长期以来依赖于过度开采地下水以及过量施肥,造成地下水位持续下降和地下水水质恶化,严重威胁区域生态环境安全、粮食安全和人民健康。本文利用长期观测资料分析了华北山前平原井... 华北平原是我国重要的集约化农业生产区,该区域农业生产长期以来依赖于过度开采地下水以及过量施肥,造成地下水位持续下降和地下水水质恶化,严重威胁区域生态环境安全、粮食安全和人民健康。本文利用长期观测资料分析了华北山前平原井灌区典型站点(中国科学院栾城农业生态系统试验站)的浅层地下水水位埋深和水质长期变化特征。研究发现:1)在1974—2019年,地下水位呈下降趋势,46年内下降了32.6 m,年均下降速率0.7 m·a^(−1);随着地下水超采综合治理的持续开展,2020—2022年地下水位有回升的趋势,平均回升速率为0.2 m·a^(−1)。2)浅层地下水的电导率在年内存在较大波动(425~776μS·cm^(−1)),表明农业灌溉地下水开采导致了深层地下水(电导率较低、水质相对较好)与浅层地下水(电导率较高、水质相对较差)在年内发生了多次且剧烈的混合。3)近20年的定位观测数据表明,浅层地下水水质呈现变差的趋势,其中氯离子和硝酸根离子的浓度升高。本研究对于该地区合理利用地下水资源,促进地下水水质保护具有重要的科学价值。 展开更多
关键词 华北平原 地下水位埋深 硝酸盐 地下水水质 超采治理
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