应用系统动力学对寒地灌区水循环过程仿真与高效灌溉调控

摘要

寒区特有的冻融水循环增加了农业灌溉管理的复杂性，揭示这一过程并制定科学灌溉策略对于实现高效、可持续灌溉至关重要。研究提出基于系统动力学（SD）的稳产节水提效协同的寒地灌区灌溉用水调控模型，通过SD模型细化寒区稻田融化期和水稻生育期水循环过程，建立融化期与生育期的水力连接关系，为精准灌排提供理论依据。模型在SD框架下耦合环境环策综合气候（EPIC）模型和冠层光能利用率（RUE）模型，采用NSGA-Ⅲ多目标优化方法，以最大化产量和冠层光能利用率为优化目标，动态调配水资源。在黑龙江省的长岗灌区实地应用，验证模型的有效性和可行性。结果表明：通过模拟融雪水对土壤含水量的补给作用，泡田期灌溉定额从2 250 m³·hm^-2降至1 512 m³·hm^-2，节水32.8%；水稻生育期灌溉净定额为3 781.9 m³·hm^-2，节水21.2%，保证水稻产量的同时提升冠层光能利用率13.1%。模型通过制定随气象和土壤水分变化的动态稻田灌溉配水方案，显著减少灌区用水量，保证水稻产量和冠层光能利用率，实现节水、稳产、提效。

关键词

灌溉调控 / 灌区水循环 / 多目标优化 / 节水增产提效 / 系统动力学