项目名称灌区水盐运动规律与调控理论技术及其应用 6页

1.项目名称：灌区水盐运动规律与调控理论技术及其应用2.推荐单位：教育部3.项目简介：该项目属水利工程学科领域的应用基础研究。由我国农田水利和土壤盐碱化研究领域的核心科研团队，依托国家“863”计划、自然科学基金、科技支撑计划等50余项课题，历时三十年，通过理论研究、技术研发与工程应用相结合，系统研究了土壤水盐运动机理的精确描述、运动过程的精细模拟、运动参数的精准获取以及水盐动态的精量调控等关键科技问题，建立了涵盖微观、田间和区域的土壤水盐多尺度精量调控理论与技术体系，取得了系列创新成果。（1）在理论层面，揭示了土壤微观结构对水盐运动的影响规律，精确描述了水盐在复杂结构土壤中的运动机理、控制方程和参数结构，提出了土壤水盐运动由微观尺度向区域尺度提升的随机分析方法和灌区多尺度联合水盐均衡分析方法，解决了不同尺度上土壤水盐运动精确描述的科学问题。（2）在技术层面，提出了水热盐耦合的精细模拟模型、多随机场的地下水-土壤水盐随机数值模型和区域拟三维模拟模型，建立了土壤水盐运动精细模拟的实用平台；提出了结构土壤饱和-非均匀水动力弥散系数直接测定技术和变异土壤等效水动力参数反演技术，研发了土壤水盐运动参数测量系统、成像示踪装置和四电极式原位土壤盐分测定设备，构建了土壤盐分多尺度快速、高精度监测系统，填补了我国结构土壤水盐运动参数精准测定和动态监测领域的多项空白。（3）在应用层面，提出了冻融地区节水秋浇淋盐制度、水肥盐协同精量调控技术和盐分上移地表排新方法；研发了大棚水盐动态调控技术和控制排水设备；发展了基于区域水盐均衡的干排水控盐技术和井渠结合技术，构建了干排水系统设计方法和干旱区井渠结合模式，成功地解决了节水、控盐和生态相互协调的技术难题，为灌溉土壤多尺度水盐精量调控提供了有效手段。该项目获批国家发明专利7项，软件著作权2项，发表研究论文200余篇。成果总体达到国际领先水平，获得了2012年度教育部科技进步一等奖和2011年度教育部自然科学二等奖。在灌溉土壤水盐运动理论、参数测定、过程模拟、精量调控等方面都取得了重要进展与突破，显著提高了我国通过水利措施防治土壤盐渍化的科技水平，对于保障我国农业可持续发展和粮食安全具有重要意义。4.主要完成单位及其创新推广贡献：（1）武汉大学：l建立了结构土壤的双重介质模型和活动性流场模型，提出了土壤水盐运动尺度提升的随机模型和灌区多尺度水盐均衡模型；l提出了结构土壤水盐运动参数的测量方法，研发了变异土壤等效水动力学参数反演技术和设备；l发展了土壤水盐运动的随机数值模拟方法和拟三维区域饱和-非饱和水盐模拟模型，建立了土壤水盐运动精细模拟平台；l提出了大棚控盐的控制排水技术、水盐均衡调控的干排水技术和井渠结合技术，并研发了控制排水设备；l组织了研究成果的推广应用。\n（2）中国水利水电科学研究院：l构建了干旱半干旱灌区土壤水盐监测预报模型和方法，实现了快捷、方便、高效的土壤水盐信息实时监测；l提出了内陆干旱区农田"土壤水盐定向迁移"理论和农田水盐"盐分上移地表排"的灌排新方法；l基于分次放水逐步扩大水层覆盖面积的水量配置先进理念，提出了高效节水的排水洗盐新技术；l应用动态控制理念，采用模糊档次分级方法，建立了农田排水工程布局设计方法。l组织实施了研究成果在新疆、湖北、内蒙的应用。（3）中国科学院南京土壤研究所：l研发了四电极式原位土壤盐分测量方法和复合传感变送器，建立了田间尺度土壤盐分磁感式快速探测与解译技术，形成了田间-区域多尺度联合高精度监测技术；l揭示了我国滨海地区盐渍土水热盐迁移规律，集成了滨海区中重度盐渍土耕层高效控盐技术；l筛选了基于作物水分亏缺敏感指数的最优节水灌溉模式，集成节水灌溉、保墒抑盐、培肥改土、化学l改良、高垄覆膜的水肥盐精量耦合调控技术；l组织实施了研究成果在新疆、河南、江苏等地的推广应用。1.推广应用情况该成果在内蒙古河套灌区、人民胜利渠灌区等30多个大中型灌区、武汉邴氏设施农业基地及浙江省水利河口研究院等科研院所中得到了成功应用，解决了水盐运动参数精准测定、盐渍化动态监测、水盐精量调控和盐渍化防治等多个难题，产生了显著的经济效益与社会效益。多个应用单位提供了效益证明，据统计，每年约节水8亿方，增产3亿斤，增收4亿元。2.曾获科技奖励情况：2012年度教育部科学技术进步一等奖2011年度教育部自然科学二等奖3.主要知识产权证明目录：(1)发明专利：杨劲松.原位土壤盐分含量传感变送器，ZL200710020347.2(2)发明专利：杨劲松.四电极原位土壤盐分含量测量方法，ZL200710020348.7(3)发明专利：杨劲松，姚荣江，赵秀芳.滩涂盐碱地种植作物的营养性土壤控盐节水方法，ZL201010296242.1(4)发明专利：李立，王康.用于测量土壤溶质迁移的成像示踪系统及方法，ZL201010179177.4(5)\n发明专利：暗管控制排水装置.焦平金，胡亚琼，管孝艳，高黎辉，王少丽，ZL201110121894.6(1)发明专利：王少丽，瞿兴业，管孝艳，胡亚琼，陈皓锐.盐碱地的排水洗盐方法，ZL201110121725.2(2)发明专利：管孝艳，吕烨，胡亚琼，高黎辉，王少丽.测定土壤水分运动与土壤结构的装置及其方法，ZL201110143215.5(3)实用新型专利：孙怀卫,戴怀阔,王修贵,陈林.一种分层式农田排渍控制管，ZL201020133730.6(4)武汉大学（杨金忠,蔡树英,朱焱,査元源），WSMS-Q3D区域饱和非饱和拟三维水流运动和溶质运移数值模拟软件，软件著作权，2011SR071518(5)武汉大学（杨金忠,蔡树英,査元源,朱焱），USWM—Q3D区域饱和非饱和拟三维水流运动数值模拟软件，软件著作权,2011SR0715161.主要完成人情况表：姓名排名技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献曾获国家科技奖励情况杨金忠1正高级武汉大学武汉大学1.提出了结构土壤水盐运动双重介质模型和尺度提升的随机模型，研发了运动参数的精准测定方法和装置；2、提出了水盐运动随机数值模拟技术，开发了区域水盐运动的拟三维模型和软件；3、提出了区域水盐均衡的井渠结合调控技术；4、组织实施了成果的推广应用无杨劲松2正高级中国科学院南京土壤研究所中国科学院南京土壤研究所1、研发了四电极式复合传感变送器的土壤盐分传感器，建立了田块－区域多尺度联合盐分高精度监测技术；2、揭示了我国滨海地区盐渍土水热盐迁移规律，集成了滨海中重度盐渍土耕层高效控盐技术；3、筛选了基于作物水分亏缺敏感指数的最优节水灌溉模式，开发了水肥盐耦合调控技术无王少丽3正高级中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院无\n1、提出了内陆干旱区农田"土壤水盐定向迁移"理论和农田水盐"盐分上移地表排"的灌排新方法；2、基于分次放水逐步扩大水层覆盖面积的水量配置先进理念，提出了高效节水的排水洗盐新技术3、应用动态控制理念，采用模糊档次分级方法，建立了农田排水工程布局设计方法。伍靖伟4正高级武汉大学武汉大学1、发展了多尺度灌区水盐均衡理论和技术，建立了多尺度水盐均衡的概念性数学模型和具体计算方法；2、提出了干排水系统的设计理论框架和设计方法；3、优化了冻融地区节水秋浇淋盐制度，积极推广了研究成果的实际工程应用。无黄介生5正高级武汉大学武汉大学1.发展了多尺度水盐均衡理论模型，优化了冻融地区节水秋浇淋盐制度，提出了井渠结合和干排水等区域水盐调控技术；2.组织推广了研究成果在内蒙古河套灌区等地的应用。无史良胜6正高级武汉大学武汉大学1、分析了随机参数对溶质对流和弥散行为的影响，用于宏观弥散度的确定；2、建立了地下水和溶质运移的KLME方法和随机配点方法；3、协助建立了区域饱和-非饱和土壤水盐运动模型。无王康7正高级武汉大学武汉大学1、发展了活动性流场理论，构建了土壤局部流动的本构关系，建立了基于活动性流场理论的水盐运动模型；2、提出了一套集成显色示踪、流动模式识别、基质流分析的变异土壤等效水动力参数反演技术，研发了测量溶质迁移的成像示踪装置。无姚荣江8副高级1无\n中国科学院南京土壤研究所中国科学院南京土壤研究所、建立了基于大地电导率仪和地质统计学理论的田间尺度土壤盐分磁感式快速探测与解译技术，开发了田块-区域盐分多尺度联合监测技术；2、揭示了我国滨海地区盐渍土水热盐迁移规律，集成了滨海中重度盐渍土耕层高效控盐技术。管孝艳9副高级中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院1、基于多重分形理论，建立了农田土壤水盐空间变异性及其尺度效应定量表征方法；2、揭示了不同灌水定额和灌水模式下盐渍化农田土壤水盐迁移转化的规律，研发了测定盐渍化农田土壤水分运动与土壤结构分析系统；无王修贵10正高级武汉大学武汉大学1、提出了实用性强的大棚作物腾发量计算方法，建立了大棚水盐动态精量调模式和控制排水方法，开发了控制排水设备；2、组织实施了大棚控盐技术在武汉、上海等地设施农业区的推广应用。无韩松俊11副高级中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院1、构建了快捷、方便、高效的土壤水盐信息实时监测方法；2、开展了盐碱化农田土壤水盐监测技术的推广应用。无刘广明12副高级中国科学院南京土壤研究所中国科学院南京土壤研究所1、建立了土壤盐分磁感式快速探测与解译技术，开发了基于遥感光谱指数和回归克里格方法的田块－区域尺度融合技术；2、筛选了基于作物水分亏缺敏感指数的最优节水灌溉模式，开发了水肥盐耦合调控技术。无朱焱13中级武汉大学武汉大学1.研究了饱和-非饱和拟三维区域水盐运动模型2.开发了水盐运动模拟软件无陈皓锐14副高级1、构建了干旱半干旱灌区土壤水盐监测预报模型；无\n中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院2、开展了干旱区盐渍化农田土壤水盐精确监测方法的推广应用。余世鹏15中级中国科学院南京土壤研究所中国科学院南京土壤研究所1、建立了水盐动态的时间序列预测理论模型，筛选了基于作物水分亏缺敏感指数的最优节水灌溉模式，开发了水肥盐耦合调控技术；2、参与成果在河南封丘沿黄灌区的推广应用。无