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水 利 学 报

2021 年 10 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 10 期

文章编号：0559-9350（2021）10-1163-11

水稻灌区基于多过程耦合的分布式水转化模型

王 璞，卢 炤，霍再林

（中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083）

摘要：水稻灌区灌溉-排水过程频繁，定量表征灌区水转化过程对于灌区水资源管理具有重要的意义。针对水稻
灌区供-耗-排过程的时空复杂性以及灌区水转化对地下水补排过程的影响，本研究建立了灌区尺度基于灌排过
程-农田土壤水分运动与作物生长过程-地下水运动过程耦合的分布式水转化模型，实现了对灌区的供-耗-排动
态过程的定量表征。采用黑龙江省和平灌区水稻生长指标、灌区蒸散发量、地下水位变化以及排水沟流量等数据
对模型进行了率定验证，结果表明模型具有较高精度。相对于传统灌区水转化模拟方法，该模型有效表征了灌区
水转化所涉及的灌排过程、土壤水及地下水运动过程、作物生长过程的时空动态耦合，实现了灌区水转化的分布
式动态模拟。同时，模型所需参数较少，避免了以往灌区水转化过程计算复杂的难点。该模型为水稻灌区多环节
水转化过程模拟及用水效率评估提供了重要方法。
关键词：水稻灌区；水转化模型；灌排过程；农田水转化；地下水运动

中图分类号：S273.4 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20201031

1 研究背景

水稻种植面积占我国粮食作物种植总面积的 27%，稻田灌溉用水量占我国农业总用水量 65%以
上，但其灌溉水利用系数仅在 0.5 到 0.6 之间 ［1-3］ 。由于灌溉定额大，水稻灌区灌溉水垂向及水平向转
化频繁，灌区水转化模型是灌区水资源科学管理的基础 ［4-6］ 。
目 前 针 对 灌 区 水 转 化 模 拟 的 方 法 主 要 包 括 ：（1）基 于 陆 地 水 文 模 型 的 灌 区 水 转 化 过 程 模 拟 。
SWAT 模型已被广泛应用于灌区水转化、面源污染、农业生产力等方面的模拟 ［7-9］ 。特别是近年来，
［7］
SWAT 模型与 MODFLOW 模型结合，实现了灌区地表水-土壤水-地下水的耦合模拟 。（2）基于农田
水文模型的分布式模拟。一般是对农田水文模型进行率定验证后，将其拓展到灌区尺度进行模拟 ［10-11］ 。
该方法可对农田垂向水转化及作物生长过程进行详细描述，但由于缺乏对地下水水平运动的模拟以
及灌溉-排水-地下水等水转化过程的表征，无法应用于不同情景下灌区水转化的模拟。（3）基于灌区
分布式水平衡的模拟。一般是对灌域水平衡进行分析计算，进而将其拓展至灌区尺度。如岳卫峰等 ［12］
针对内蒙古河套灌区义长灌域基于四水转化关系进行了灌域水均衡分析，该方法尽管可获得灌区整
体水平衡，但其时空分辨率低，无法实现灌区尺度详细的水转化过程模拟 ［12-13］ 。
综上所述，现有的灌区水转化模型尚未充分体现灌区在灌溉与排水驱动下，灌溉水、土壤水及
地下水在垂向与水平向频繁转化的特点。基于此，本研究旨在发展灌区尺度基于灌排-农田水文-地
下水过程耦合的水转化模型，并将其应用于黑龙江省绥化市庆安县和平灌区，为灌区尺度水平衡分
析提供有效方法。

收稿日期：2020-12-13；网络首发时间：2021-09-10
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210910.0908.001.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0400107）
作者简介：王璞（1994-），博士生，主要从事农业水文水资源研究。E-mail：wangpucau@163.com
通讯作者：霍再林（1977-），博士，教授，主要从事农业水文与水土环境研究。E-mail：huozl@cau.edu.cn
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