CN115271440A - 干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法及装置，包括：基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控，由此，可以分区确定地下水生态水位动态阈值，在保证生态健康与用水高效的前提下，实现地下水生态水位分区动态调控。
Description
技术领域
本发明实施例涉及干旱区生态水文学领域，尤其涉及一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法及装置。
背景技术
干旱区地下水位变化影响到地下水与土壤、植被、水盐、湖泊之间的动态平衡，合理的地下水位通常被称为地下水生态水位，一般是指既能满足乔木、灌木和草本等各类陆生植物生长发育吸收利用地下水的需求，能维持稳定的湖泊水面面积，同时又能避免土壤盐渍化的地下水位动态区间。关键的地下水生态水位包括盐渍化地下水生态水位、植被地下水生态水位、湖泊湿地地下水生态水位。
控制地下水生态水位在生态水位分区动态阈值之内是保障干旱区绿洲生态健康的基本要求，实现水资源的高效利用是绿洲经济社会发展的目标。在保障绿洲生态健康的基础上，实现绿洲水资源的高效利用是绿洲高质量发展的必然要求。地下水位变化的本质是强烈人类活动影响下地表水与地下水转化过程和强度的变化，地下水位变化受地表水入渗补给和地下水排泄动态变化的直接影响，这是可以干预或改变的关键环节，通常作为地下水位调控的主要对象。通过合理调控地下水补给和排泄条件，使其能够满足地下水生态水位阈值约束并实现水资源的高效利用目标，是调控地下水位的核心内容。地下水生态水位涉及多领域交叉研究，目前面向绿洲生态健康和水资源的高效利用的地下水调控研究的约束阈值多是全区只有一个阈值，并且未考虑阈值在时间上的动态变化，使得调控精度存在不足，因此，如何在保证生态健康与用水高效的前提下，实现地下水生态水位分区动态调控成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本发明实施例提供一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法，包括：
基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；
基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；
基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；
基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；
基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
在一个可能的实施方式中，所述多个环境因素至少包括：引水渠系分布、行政区划、盐渍化分布、灌区分布、湖泊分布、城市分布和地形地貌；所述方法还包括：
基于多个环境因素将所述目标绿洲区划分为绿洲灌区和绿洲灌区边缘区。
在一个可能的实施方式中，所述分区动态阈值至少包括盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值；所述方法还包括：
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的盐渍化区域在预设历史时间段内的土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关联关系；
基于所述毛管水最大上升高度和所述关联关系确定盐渍化地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的植被群落的根系层厚度；
基于所述毛管水最大上升高度和所述根系层厚度确定植被地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的湖泊平均深度；
将所述湖泊平均深度与所述植被地下水生态水位阈值叠加确定所述湖泊湿地地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：
基于所述目标绿洲区的灌溉制度，划分灌溉季和非灌溉季；
在所述目标绿洲区处于灌溉季时，将所述盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值；
在所述目标绿洲区处于非灌溉季时，将盐渍化地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：
构建水循环模型，用于对所述目标绿洲区的水循环过程进行模拟；
基于所述水循环模型，对所述多个衍生调控方案的水循环过程进行模拟，得到每个衍生调控方案对应的所述目标绿洲区的预估地下水位埋深信息；
基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定目标调控方案。
在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：
基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案；
基于预设条件，在符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
第二方面，本发明实施例提供一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控装置，包括：
分区模块，用于基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；
确定模块，用于基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；
所述确定模块，还用于基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；
所述确定模块，还用于基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；
调控模块，用于基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控程序，以实现上述第一方面中所述的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法。
第四方面，本发明实施例提供一种存储介质，包括：所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述第一方面中所述的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法。
本发明实施例提供的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方案，通过基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控，相比于现有技术中面向绿洲生态健康和水资源高效利用的地下水调控研究的约束阈值多是全区只有一个阈值，并且未考虑阈值在时间上的动态变化，使得调控精度差的问题，由本方案，可以分区确定地下水生态水位动态阈值，在保证生态健康与用水高效的前提下，实现地下水生态水位分区动态调控。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种盐渍化地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种植被地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种湖泊湿地地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种绿洲地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种目标调控方案的确定方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种盐渍化地下水生态水位示意图；
图8为本发明实施例提供的一种植被地下水生态水位示意图；
图9为本发明实施例提供的一种地下水补给湖泊的关键水位示意图；
图10为本发明实施例提供的一种绿洲地下水生态水位动态阈值示意图；
图11为本发明实施例提供的一种绿洲盐渍化地下水生态水位埋深分布示意图；
图12为本发明实施例提供的一种绿洲植被地下水生态水位埋深分布示意图；
图13为本发明实施例提供的一种绿洲地下水生态水位分区示意图；
图14为本发明实施例提供的一种绿洲地下水生态水位动态调控示意图；
图15为本发明实施例提供的一种灌区排水模拟效果及统计指标计算结果图；
图16为本发明实施例提供的一种2017年典型月地下水位埋深空间分布图；
图17为本发明实施例提供的一种地下水观测井验证及统计指标计算结果图；
图18为本发明实施例提供的一种不同综合调控方案下地下水位埋深变化示意图；
图19为本发明实施例提供的一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控装置的结构示意图；
图20为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例提供的一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的流程示意图，如图1所示，该方法具体包括：
S11、基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值。
S12、基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份。
本发明实施例中，多个环境因素至少包括：引水渠系分布、行政区划、盐渍化分布、灌区分布、湖泊分布、城市分布和地形地貌；基于多个环境因素可以将目标绿洲区划分为绿洲灌区和绿洲灌区边缘区两大类，该分类方式主要依据的是灌区分布划分，绿洲灌区边缘区一般属于农田—荒漠过渡带，是天然绿洲区。
进一步的，可以根据多个分区因素以及与每个分区因素对应的分区依据对绿洲灌区进一步划分，其中，分区因素与分区依据如表1所示：
表1
例如，以宁夏引黄灌溉绿洲为例，绿洲灌区包括青铜峡银北灌区、青铜峡银川灌区、青铜峡银南灌区、青铜峡河东灌区、卫宁河北灌区、卫宁河南灌区，其中青铜峡银北、银川、银南灌区和河东灌区以及卫宁河北和河南灌区主要依据黄河和引水渠系分布划分；青铜峡灌区划分银北灌区、银川灌区和银南灌区，是根据行政区划、盐渍化分布、湖泊分布、城市分布和地形地貌因素划分，尽管青铜峡灌区总体地形较为平缓，但依然呈现南高北低和西高东低的地形，在这种地形背景下，银北湖泊和盐碱地分布较多，银川灌区湖泊较多和城市分布多且分布较广，银南灌区湖泊则较少；基于以上原因将绿洲灌区划分为六大灌区，如图13所示。
进一步的，基于各分区特点，考虑各个分区内的盐渍化、植被和湖泊湿地三个对象，并参考城市建设对地下水位埋深的需求，统一确定各分区的地下水生态水位阈值。
因为在年内各时间段的水位要求存在差异，在时间上表现出动态性，如盐渍化地下水位要求在3～4月份必须控制在生态水位之内，其他时间段则要求较弱；植被地下水位要求在生长季5～9月份必须控制在生态水位之内，其他时间段则不要求；湖泊湿地地下水位则需要全年都维持在一定的范围之内。分区地下水生态水位阈值在非灌溉季由盐渍化和湖泊湿地地下水生态水位组成，在灌溉季则可能由盐渍化、植被和湖泊湿地地下水生态水位组成。
绿洲地下水位与灌溉季显著相关，当开始灌溉后，地下水位随即上升，在作物生长季后期灌溉减少甚至没有灌溉，地下水位也随之降低，到10月底开始进行冬灌，地下水位随即上升，冬灌结束后，地下水位随之降低，降低的趋势一般会持续到翌年3月至最低水位，至4月灌溉开始，地下水位随即上升，以此循环往复。随着气温的回升，3月的土壤蒸发显著增大，此时极易产生盐渍化，若如此则不利于紧接着的作物春播，因此3月是控制盐渍化的关键时期；同时，3月地下水位达到年内最低，对湖泊而言，只要保持此时地下水位在生态水位阈值之内，就可以全年维持湖泊一定的水面面积。在生长季植被和作物生长发育对水分非常敏感，必须保证一定的地下水位才能满足植被和作物正常生长发育需要，在5月至9月绿洲地下水位持续升高，因此，在地下水位调控时只需选择5月作为关键月，并控制此时的地下水位在生态水位阈值之内，即可保障植被和作物在整个生长季的地下水位要求。综上，控制3月和5月地下水位在生态水位阈值之内即可调控全年地下水位；其中3月地下水位需要控制在盐渍化和湖泊湿地生态水位组成的阈值之内，5月地下水位需要控制在植被和湖泊湿地生态水位组成的阈值之内，如图10所示；再结合绿洲分区，即可确定分区地下水生态水位动态阈值。
例如，以宁夏引黄灌溉绿洲为例，根据生态水位埋深阈值的动态性，可得各分区3月和5月的动态阈值，3月阈值的上限值为1.8m，下限值在2.57～3.49m或者没有下限值要求；5月阈值的上限值为1.8m，下限值在2.13～3.49m，如表2所示，需要说明的是，动态阈值的下限值是一个范围，也代表一定的生态意义。如银北灌区3月阈值下限值为2.57～3.0m，当地下水位埋深越接近或者小于2.57m时基本能保证大多数湖泊维持一定水面面积，但随着地下水位埋深接近3.0m时，部分湖泊干涸且干涸的湖泊数量越来越多；银北灌区5月阈值的下限值为2.49～3.0m，当地下水位埋深越接近或者小于2.49m时基本能保证大多数植被正常生长和维持湖泊一定水面面积，但随着地下水位埋深接近3.0m时，灌木草本植被只能部分存活且越来越少，同时部分湖泊干涸且干涸的湖泊数量越来越多；其他灌区也类似。考虑到尽量保证绿洲生态健康，在进行地下水位调控时，选择3月和5月动态阈值下限值的最小值作为约束下限。
表2
S13、基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案。
基准调控方案的设置一般是在现状供用水结构和供用水水平条件下，考虑长系列气象条件变化或来水变化，进行多年平均或不同水平年下的水循环分析来设置。在基准调控方案设置中，还可以在现状年基础上进一步考虑对区域供用水产生显著影响的重大工程，客观反映未来调控水平的变化基准。
例如，对宁夏引黄灌溉绿洲地下水位调控的基准方案设置主要包括以下条件：
引黄水量：以研究区2014～2017年平均引水50.83亿立方米作为基准调控方案引水输入数据。
气象条件：以研究区1990～2017年降水、气温等要素长系列数据作为基准调控方案的气象输入数据，反映不同降水水平年影响。
土地利用：以研究区2017年土地利用作为基准调控方案的土地利用输入数据。
种植结构：以研究区2017年种植结构作为基准调控方案的种植结构输入数据。
绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施：以2017年绿洲灌区引水渠道、排水沟道及田间灌溉设施为基准调控方案的输入数据。
用水结构：以研究区2017年用水结构基础，考虑地下水源置换工程置换的地下水量作为用水结构的输入数据。
地下水源置换工程：参考银川都市圈城乡西线供水工程，置换地下水量2.46亿立方米，置换地下水所需的地表水量2.63亿立方米全部来源于引黄水。
进一步的，设置补给端衍生调控方案，包括渠系衬砌方案：在基准调控方案的基础上，改变基准调控方案设置中的引水渠道参数，即渠系水利用系数，设置渠系衬砌方案。根据渠系衬砌率，按照不同阶段设置渠系衬砌改造情景，计算设定相应的渠系水利用系数，以此为依据设置渠系衬砌方案及其对应的各分灌区渠系水利用系数，具体内容如下：
现状各渠系水利用系数获取：从相关部门获得各渠系实测数据。
现状区域渠系水利用系数计算：通过各渠系水利用系数加权平均获得，其中各渠系权重系数由每条渠系2017年现状年的引水量除以总引水量计算得到。
渠道衬砌方案设置：在现状各渠系水利用系数基础上，根据渠系衬砌率，按照不同阶段设置渠系衬砌率，并通过衬砌率比例计算设定相应的渠系水利用系数，再按照上一步骤中区域渠系水利用系数计算方法计算区域系水利用系数。
由上述方法可设置宁夏灌区渠道衬砌方案，详见表3所示。基准方案(A0)中渠系水利用系数为2017年的渠系水利用系数0.60，A1～A4方案是参考研究区2025年渠系水利用系数达到0.62～0.70而设置。
表3
高效节水灌溉方案：滴灌、喷灌和微灌等是宁夏应用最为广泛的高效节水灌溉技术。采用较小灌水定额进行灌溉时，一般不产生深层渗漏和地面径流。据统计，2017年绿洲灌区高效节水累计灌溉面积184.60万亩，占比约23％。由相关规划文件可知，高效节水累计灌溉面积占比目标为40％，左右，因此设置最大情况45％，并每隔5％设置35％、30％的方案。
设置排泄端衍生调控方案：地下水源置换作为排泄端调控措施，参考银川都市圈城乡西线供水工程设置情景方案。基准方案(A0)包括引黄水量、气象条件、土地利用、种植结构、绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施、用水结构、地下水源置换工程条件，未置换地下水方案(X0)包括引黄水量、气象条件、土地利用、种植结构、绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施、用水结构条件，对比分析基准方案(A0)和未置换地下水方案(X0)结果，可得地下水源置换工程对区域地下水位及水循环的影响。
设置其他综合衍生调控方案：基于绿洲自然与社会经济条件，综合考虑地下水补给排泄端调控措施的基本实际情况，选择渠系衬砌、地下水源置换和高效节水灌溉三类措施进行组合搭配，参考单项措施的影响和敏感程度以及未来可能实施的目标，以调控地下水位到临界值的渠系衬砌和地下水源置换组合的Z2方案为参照，加入高效节水灌溉，重点考虑比较有可行性的可以调控地下水位到阈值临界值的组合，制定综合调控方案集，见表4所示：
表4
S14、基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
S15、基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
结合图14所示的地下水生态水位动态调控示意图，根据绿洲实际情况设置的Z1～Z8综合调控方案对绿洲地下水位埋深的影响见图18所示。由图18可知，Z1～Z7方案调控后，绿洲的地下水位都在生态水位阈值范围内，其中Z1方案调控后地下水位未达到生态水位临界值，Z2～Z7方案调控后基本都使绿洲地下水位达到生态水位临界值；Z8方案调控后使银川灌区3月地下水位达到2.80m超过生态水位临界值，银南灌区5月地下水位达到2.51m超过生态水位临界值。由以上可知，设置的8个调控方案中，Z1～Z7方案可保障绿洲生态健康和减轻绿洲盐渍化，相比于Z1，Z2～Z7方案可较大程度减轻盐渍化；Z8方案超过调控的阈值约束，不满足调控要求。
根据水循环模型输出结果可计算得到各调控方案的耗水变化量/取水变化量如表5所示。各调控方案下耗水变化量/取水变化量差异较为显著，其中Z5方案的最大，Z1和Z2方案最小，主要是因为高效节水灌溉可提高耗水变化量与取水变化量比值，该值是绿洲进行节水时应该充分关注的指标，值越大节水效率越高，是选择最优调控方案的主要参考值。
表5
基于各调控方案对绿洲地下水位的影响分析，可知Z1～Z7调控方案可实现减轻盐渍化灾害和保障生态健康的目标。在此基础上，为实现水资源高效利用目标，基于水资源利用效率评价指标优选最优调控方案，结果见表6所示：
表6
由表6可知，基于最优调控方案优选原则，最终确定的最优调控方案是Z5，该调控方案下不仅可以较大程度的减轻盐渍化和保障绿洲生态健康，还可以使绿洲灌溉节水效率最高，是绿洲健康水循环的最佳调控方案。
Z5调控方案是在地下水源置换、高效节水灌溉面积和渠系衬砌三个组合条件下的最优调控方案，该调控方案的取、耗、排水是46.10亿立方米、43.65亿立方米和24.40亿立方米；可使绿洲取水减少7.36亿立方米，耗水减少2.21亿立方米，低效耗水减少1.79亿立方米，节水效率达到0.30。
进一步的，根据上述确定的目标调控方案，对目标绿洲的地下水生态水位进行调控。
本发明实施例提供的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法，通过基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控，相比于现有技术中面向绿洲生态健康和水资源高效利用的地下水调控研究的约束阈值多是全区只有一个阈值，并且未考虑阈值在时间上的动态变化，使得调控精度差的问题，由本方法，可以分区确定地下水生态水位动态阈值，在保证生态健康与用水高效的前提下，实现地下水生态水位分区动态调控。
图2为本发明实施例提供的一种盐渍化地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图，如图2所示，该方法具体包括：
S21、获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度。
S22、获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的盐渍化区域在预设历史时间段内的土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关联关系。
S23、基于所述毛管水最大上升高度和所述关联关系确定盐渍化地下水生态水位阈值。
以下对S21～S23进行统一说明：
本发明实施例可以通过毛管水最大上升高度理论计算并结合试验观测分析方法确定盐渍化地下水生态水位。可以将毛管水最大上升高度直接定义为盐渍化地下水生态水位，如图7所示。盐渍化地下水生态水位计算的关键是确定毛管水最大上升高度Hmax。根据已知土壤孔隙度和有效粒径，再选取合适的土壤结构，即可计算出Hmax，该值即可作为盐渍化地下水生态水位理论值，其计算公式如公式1：
式中：γ表示表面张力系数，可通过查表获得；ρ表示水的密度；g表示重力加速度；L为土壤有效毛管孔径，如公式2可得：
L＝ψ(n)d 公式2
ψ(n)＝1.581(n-39.5％)+0.079 公式3
式中：可观测的土壤结构通常由d表示土壤有效粒径；n表示土壤孔隙度；ψ(n)表示孔隙特征函数。土壤类型、容重和粒度等相关参数由野外试验取样分析和查阅文献综合确定。
基于试验观测获取的长时期土壤盐分和地下水位埋深数据，分析土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关系，确定土壤盐渍化地下水生态水位埋深；再对比分析毛管水最大上升高度计算方法与试验观测分析方法所得结果，以相互验证结果，最终确定盐渍化地下水生态水位阈值。
以宁夏引黄灌溉绿洲为示例确定地下水生态水位分区动态阈值，基于毛管水上升高度计算的盐渍化地下水生态水位埋深空间分布，如图11所示。由图11可知，各种土壤类型的生态水位埋深(主要在1.5～1.8m)交错分布于绿洲内。土壤表层含盐量与地下水位埋深存在密切的联系，土壤表层含盐量随着地下水位埋深的增加而减小，春灌前土壤表层含盐量与地下水位埋深的关系可分为五种情况，如表7所示：
表7
基于土壤表层含盐量与地下水位埋深关系可知，当地下水位埋深大于1.5～1.8m时，一般为非盐渍化或者轻盐渍化，当地下水位埋深大于1.8～2.4m时，一般为非盐渍化，可满足作物生长要求，可认为该地下水位埋深即为盐渍化地下水生态水位埋深。将整个区域统一考虑，确定绿洲土壤盐渍化地下水生态水位临界埋深为1.8m。
图3为本发明实施例提供的一种植被地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图，如图3所示，该方法具体包括：
S31、获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度。
S32、获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的植被群落的根系层厚度。
S33、基于所述毛管水最大上升高度和所述根系层厚度确定植被地下水生态水位阈值。
以下对S31～S33进行统一说明：
在查阅、整理、筛选和总结与研究区相关文献的基础上，通过基于土壤毛管水最大上升高度计算结合野外植被调查的方法综合确定植被地下水生态水位。基于土壤毛管水最大上升高度和植被根系层厚度的计算方法，植被地下水生态水位埋深Dg等于Hmax与植被根系层厚度Hr之和，如图8所示。计算公式如公式4：
Dg＝Hmax+Hr 公式4
计算Dg最关键的是确定Hmax和Hr，其中Hmax为盐渍化地下水生态水位。当气候和土壤一定时，植被群落的根系层厚度Hr一般是常数，可根据野外实地调查和查阅相关文献获得。基于获得的毛管水上升高度和植被根系层厚度，即可计算得到Dg值。
在宁夏引黄灌溉绿洲开展野外实地调查，调查对象主要包括灌丛、草甸和沼泽湿地三大类。调查内容包括：植被种类、分布、根系等。基于野外实地调查数据和中国科学院资源环境科学数据中心发布的中国1:100万植被类型图发现，绿洲天然植被以灌木半灌木为主，其中白刺、柽柳、芦苇分布较广，面积占比较大，人工植被则以杨树、柳树、沙枣及农田作物分布于绿洲中，其他种类植被分布较少。因此，以灌木半灌木和人工林地为主要参考计算植被地下水生态水位埋深。在计算中，需要确定土壤毛管水上升高度和植被根系层厚度，不同土壤毛管水上升高度已经在盐渍化地下水生态水位中确定。对于植被根系层厚度的确定，主要根据野外植被根系层厚度调查结果和参考《中国北方草地植物根系》汇总确定。本文给出研究区分布较广的灌木和乔木的根系层厚度的一般值范围。基于野外植被调查和文献资料，灌木半灌木的根系层厚度在0.8～2.2m，乔木的根系层厚度在2.0～4.0m。根据获得参数，可计算主要植被地下水生态水位埋深，结果见表8所示：
表8
可知灌木的地下水生态水位埋深基本在2.5～3.5m之间，乔木的地下水生态水位埋深基本在3.5～5.5m之间，当地下水位埋深为2～4m时适宜绿洲植被生长，可知基于毛管水上升高度计算的地下水生态水位埋深符合实际，基本可靠。
乔木的地下水生态水位埋深普遍大于灌木，考虑到要基本保障绿洲多数植被生态健康，因此确定绿洲地下水生态水位埋深以灌木为准，基本就可以保障所有植被生态健康。基于毛管水上升高度计算和灌木的根系层厚度，可绘制绿洲植被地下水生态水位埋深空间分布图，见图12所示，各类生态水位埋深相间分布，但基本都在2.49～3.49m之间。
图4为本发明实施例提供的一种湖泊湿地地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图，如图4所示，该方法具体包括：
S41、获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的湖泊平均深度。
S42、将所述湖泊平均深度与所述植被地下水生态水位阈值叠加确定所述湖泊湿地地下水生态水位阈值。
以下对S41～S42进行统一说明：
绿洲湖泊湿地水源补给包括降水、可能的地表径流及地下水补给，其中，可能的地表径流包括：周边山洪来水、引水渠道人工生态补水以及绿洲灌溉退水等，主要排泄途径包括蒸散发、可能的地表径流排泄以及工农业取用水。干旱区灌溉绿洲湖泊一般属于平原封闭型湖泊，四周地势平坦，无地表径流出入，人工取用水较少，主要以地下水补给为主，排泄方式以蒸发和渗漏为主。鉴于绿洲区地下水位与灌溉存在正相关关系，灌溉期地下水位较高，非灌溉期地下水位较低，特别是在灌溉季前期(3～4月)地下水位通常达到年内最低值，若此时湖泊依然能够接受到地下水的补给，那么湖泊在全年就会维持一定的水面面积，即不会出现干涸现象。基于以上认识，将非灌溉季节地下水位最低时依然能补给湖泊的地下水位作为临界条件，即当地下水位埋深小于或等于湖泊平均深度时，湖泊始终能接受到地下水的补给，如图9所示，因此地下水生态水位埋深为小于或等于湖泊平均深度。其中关键参数是湖泊平均深度，可通过湖泊实地调查获得。
M＝m+(H丰-H平均)+d 公式5
式中，M为湖泊平均深度；m为湖泊平均水深；H丰为湖泊丰水位高程；H平均为湖泊水位平均高程；d为湖泊丰水位距地面高度。
H埋深≤M 公式6
式中，H埋深为湖泊周围地下水位平均埋深。
宁夏引黄灌溉绿洲主要湖泊湿地数据来源于第二次全国湿地资源调查的《宁夏回族自治区湿地资源调查报告》。湖泊周边通常存在较多植被，确定生态水位时需同时考虑湖泊和植被，以较大程度保障生态健康和兼顾原则将二者的生态水位进行叠加，即生态水位叠加时上界取较大者、下界取较小者、范围无交叉时取湖泊生态水位范围的下界。根据调查数据结果，可知湖泊周边的主要建群植被为芦苇、红柳等灌木，综合考虑湖泊深度和植被地下水生态水位埋深，最终确定各湖泊湿地的地下水生态水位埋深如表9所示，基本在2.49～3.49m，当地下水位埋深小于2.49m时湖泊湿地生态正常，当在2.49～3.49m之间时部分湖泊湿地会出现季节性干涸现象，当超过3.49m所有湖泊湿地将会出现季节性干涸现象。
表9
本发明实施例提供的盐渍化地下水生态水位阈值的确定方法、植被地下水生态水位阈值的确定方法、湖泊湿地地下水生态水位阈值的确定方法，考虑区域空间不同生态功能的差异性及其随时间的动态变化特征，提出灌溉绿洲分区地下水生态水位动态阈值的确定方法，弥补现有技术的不足，可以为干旱区灌溉绿洲地下水位精准调控、灌区节水潜力分析以及水资源开发利用提供合理边界。
图5为本发明实施例提供的另一种地下水生态水位阈值的确定方法的流程示意图，如图5所示，该方法具体包括：
S51、基于所述目标绿洲区的灌溉制度，划分灌溉季和非灌溉季。
本发明实施例中，由于绿洲地下水位与灌溉季显著相关，因此，基于目标绿洲区的灌溉制度，可以划分灌溉季和非灌溉季。
S52、在所述目标绿洲区处于灌溉季时，将所述盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
S53、在所述目标绿洲区处于非灌溉季时，将盐渍化地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
以下对S51～S53进行统一说明：
分区地下水生态水位阈值在非灌溉季由盐渍化和湖泊湿地地下水生态水位组成，在灌溉季则可能由盐渍化、植被和湖泊湿地地下水生态水位组成。当开始灌溉后，地下水位随即上升，在作物生长季后期灌溉减少甚至没有灌溉，地下水位也随之降低，到10月底开始进行冬灌，地下水位随即上升，冬灌结束后，地下水位随之降低，降低的趋势一般会持续到翌年3月至最低水位，至4月灌溉开始，地下水位随即上升，以此循环往复。随着气温的回升，3月的土壤蒸发显著增大，此时极易产生盐渍化，若如此则不利于紧接着的作物春播，因此3月是控制盐渍化的关键时期；同时，3月地下水位达到年内最低，对湖泊而言，只要保持此时地下水位在生态水位阈值之内，就可以全年维持湖泊一定的水面面积。在生长季植被和作物生长发育对水分非常敏感，必须保证一定的地下水位才能满足植被和作物正常生长发育需要，在5月至9月绿洲地下水位持续升高，因此，在地下水位调控时只需选择5月作为关键月，并控制此时的地下水位在生态水位阈值之内，即可保障植被和作物在整个生长季的地下水位要求。综上，控制3月和5月地下水位在生态水位阈值之内即可调控全年地下水位；其中3月地下水位需要控制在盐渍化和湖泊湿地生态水位组成的阈值之内，5月地下水位需要控制在植被和湖泊湿地生态水位组成的阈值之内。
图6为本发明实施例提供的一种目标调控方案的确定方法的流程示意图，如图6所示，该方法具体包括：
S61、构建水循环模型，用于对所述目标绿洲区的水循环过程进行模拟。
S62、基于所述水循环模型，对所述多个衍生调控方案的水循环过程进行模拟，得到每个衍生调控方案对应的所述目标绿洲区的预估地下水位埋深信息。
本发明实施例中，基于目标绿洲区的水循环特征构建针对目标绿洲区的水循环模型，用于模拟目标绿洲区在多个衍生调控方案下的水循环过程，最终得到每个衍生调控方案对应的目标绿洲区的预估地下水位埋深信息，如图18所示。
S63、基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案。
S64、基于预设条件，在符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
由图18可知，Z1～Z7方案调控后，绿洲的地下水位都在生态水位阈值范围内，其中Z1方案调控后地下水位未达到生态水位临界值，Z2～Z7方案调控后基本都使绿洲地下水位达到生态水位临界值；Z8方案调控后使银川灌区3月地下水位达到2.80m超过生态水位临界值，银南灌区5月地下水位达到2.51m超过生态水位临界值。由以上可知，设置的8个调控方案中，Z1～Z7方案可保障绿洲生态健康和减轻绿洲盐渍化，相比于Z1，Z2～Z7方案可较大程度减轻盐渍化；Z8方案超过调控的阈值约束，不满足调控要求。
根据水循环模型输出结果可计算得到各调控方案的耗水变化量/取水变化量如表5所示。各调控方案下耗水变化量/取水变化量差异较为显著，其中Z5方案的最大，Z1和Z2方案最小，主要是因为高效节水灌溉可提高耗水变化量与取水变化量比值，该值是绿洲进行节水时应该充分关注的指标，值越大节水效率越高，是选择最优调控方案的主要参考值。
基于各调控方案对绿洲地下水位的影响分析，可知Z1～Z7调控方案可实现减轻盐渍化灾害和保障生态健康的目标。在此基础上，为实现水资源高效利用目标，基于水资源利用效率评价指标优选最优调控方案，结果见表6所示，由表6可知，基于最优调控方案优选原则，最终确定的最优调控方案是Z5，该调控方案下不仅可以较大程度的减轻盐渍化和保障绿洲生态健康，还可以使绿洲灌溉节水效率最高，是绿洲健康水循环的最佳调控方案。
Z5调控方案是在地下水源置换、高效节水灌溉面积和渠系衬砌三个组合条件下的最优调控方案，该调控方案的取、耗、排水是46.10亿立方米、43.65亿立方米和24.40亿立方米；可使绿洲取水减少7.36亿立方米，耗水减少2.21亿立方米，低效耗水减少1.79亿立方米，节水效率达到0.30。
进一步的，根据上述确定的目标调控方案，对目标绿洲的地下水生态水位进行调控。
可选的，还可以对水循环模型的模拟结果进行验证，验证方式如下；
结合实测资料情况，对水循环过程中的水面蒸发、径流和地下水过程进行验证。其中蒸发采用目标绿洲区各县区气象站预设历史时间的蒸发皿测的水面蒸发资料进行验证；排水过程采用由官方发布的水资源公报中的各个灌区预设历史时间的排水信息进行验证；地下水位埋深则利用预设历史时间的绿洲全部地下水观测井实测资料进行验证。为定量验证模型模拟精度，采用相对误差Re、相关系数R2和确定性效率系数NSE进行定量计算。
水面蒸发验证：研究区水面蒸发模拟效果及统计指标计算结果如表10所示。水面蒸发实测值和模拟值的R2均高于0.9，NSE均高于0.8以上，Re小于13％，由此可知水面蒸发模拟精度较高。
表10
灌区排水验证：研究区灌区排水模拟效果及统计指标计算结果如图15所示。有三个灌区排水实测值和模拟值的R2达到0.63以上，但NSE均较小，Re均小于12％，模拟的精度一般，经检查分析发现，出现这种情况的原因是灌区排水监测的主要是较大的排水沟，而小的排水沟排水量只是根据经验估计获得或者没有监测数据；整体来看对排水的模拟能达到精度要求。
地下水位验证：如图17所示，地下水位实测值和模拟值的R2达到0.71以上，NSE基本都在0.56以上，Re均小于20％，模拟结果与实际监测结果拟合较好，在变化趋势上能够较好地反应实际的变化特征。2017年3月、5月、10月和11月地下水位空间分布模拟效果如图16所示，模拟的地下水位空间分布基本能反映实际监测的水位空间分布情况，模拟效果较好。
综上可知，宁夏引黄灌溉绿洲水循环的模拟结果整体较好，可用于灌区水循环模拟分析。
本发明实施例提供的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法，通过基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控，由本方法，可以分区确定地下水生态水位动态阈值，在保证生态健康与用水高效的前提下，实现地下水生态水位分区动态调控。
图19为本发明实施例提供的一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控装置的结构示意图，具体包括：
分区模块1901，用于基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；
确定模块1902，用于基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；
所述确定模块1902，还用于基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；
所述确定模块1902，还用于基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；
调控模块1903，用于基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
在一个可能的实施方式中，所述分区模块1901，具体用于基于多个环境因素将所述目标绿洲区划分为绿洲灌区和绿洲灌区边缘区。
在一个可能的实施方式中，所述分区模块1901，还用于获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水上升高度；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的盐渍化区域在预设历史时间段内的土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关联关系；基于所述毛管水最大上升高度和所述关联关系确定盐渍化地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述分区模块1901，还用于获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的植被群落的根系层厚度；基于所述毛管水最大上升高度和所述根系层厚度确定植被地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述分区模块1901，还用于获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的湖泊平均深度；将所述湖泊平均深度与所述植被地下水生态水位阈值叠加确定所述湖泊湿地地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述分区模块1901，还用于基于所述目标绿洲区的灌溉制度，划分灌溉季和非灌溉季；在所述目标绿洲区处于灌溉季时，将所述盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值；在所述目标绿洲区处于非灌溉季时，将盐渍化地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，所述确定模块1902，具体用于构建水循环模型，用于对所述目标绿洲区的水循环过程进行模拟；基于所述水循环模型，对所述多个衍生调控方案的水循环过程进行模拟，得到每个衍生调控方案对应的所述目标绿洲区的预估地下水位埋深信息；基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定目标调控方案。
在一个可能的实施方式中，所述确定模块1902，还用于基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案；基于预设条件，在符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
本实施例提供的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控装置可以是如图19中所示的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控装置，可执行如图1-6中干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的所有步骤，进而实现图1-6所示干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的技术效果，具体请参照图1-6相关描述，为简洁描述，在此不作赘述。
图20为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，图20所示的计算机设备2000包括：至少一个处理器2001、存储器2002、至少一个网络接口2004和其他用户接口2003。计算机设备2000中的各个组件通过总线系统2005耦合在一起。可理解，总线系统2005用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统2005除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图20中将各种总线都标为总线系统2005。
其中，用户接口2003可以包括显示器、键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。
可以理解，本发明实施例中的存储器2002可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synch link DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的存储器2002旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在一些实施方式中，存储器2002存储了如下的元素，可执行单元或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统20021和应用程序20022。
其中，操作系统20021，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序20022，包含各种应用程序，例如媒体播放器(Media Player)、浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序20022中。
在本发明实施例中，通过调用存储器2002存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序20022中存储的程序或指令，处理器2001用于执行各方法实施例所提供的方法步骤，例如包括：
基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
在一个可能的实施方式中，所述多个环境因素至少包括：引水渠系分布、行政区划、盐渍化分布、灌区分布、湖泊分布、城市分布和地形地貌；基于多个环境因素将所述目标绿洲区划分为绿洲灌区和绿洲灌区边缘区。
在一个可能的实施方式中，所述分区动态阈值至少包括盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的盐渍化区域在预设历史时间段内的土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关联关系；基于所述毛管水最大上升高度和所述关联关系确定盐渍化地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的植被群落的根系层厚度；基于所述毛管水最大上升高度和所述根系层厚度确定植被地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的湖泊平均深度；将所述湖泊平均深度与所述植被地下水生态水位阈值叠加确定所述湖泊湿地地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，基于所述目标绿洲区的灌溉制度，划分灌溉季和非灌溉季；在所述目标绿洲区处于灌溉季时，将所述盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值；在所述目标绿洲区处于非灌溉季时，将盐渍化地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，构建水循环模型，用于对所述目标绿洲区的水循环过程进行模拟；基于所述水循环模型，对所述多个衍生调控方案的水循环过程进行模拟，得到每个衍生调控方案对应的所述目标绿洲区的预估地下水位埋深信息；基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定目标调控方案。
在一个可能的实施方式中，基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案；基于预设条件，在符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器2001中，或者由处理器2001实现。处理器2001可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器2001中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器2001可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件单元组合执行完成。软件单元可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器2002，处理器2001读取存储器2002中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSPDevice，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
本实施例提供的计算机设备可以是如图20中所示的计算机设备，可执行如图1-6中干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的所有步骤，进而实现图1-6所示干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的技术效果，具体请参照图1-6相关描述，为简洁描述，在此不作赘述。
本发明实施例还提供了一种存储介质(计算机可读存储介质)。这里的存储介质存储有一个或者多个程序。其中，存储介质可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器、快闪存储器、硬盘或固态硬盘；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
当存储介质中一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述在计算机设备侧执行的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法。
所述处理器用于执行存储器中存储的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控程序，以实现以下在计算机设备侧执行的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法的步骤：
基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
在一个可能的实施方式中，所述多个环境因素至少包括：引水渠系分布、行政区划、盐渍化分布、灌区分布、湖泊分布、城市分布和地形地貌；基于多个环境因素将所述目标绿洲区划分为绿洲灌区和绿洲灌区边缘区。
在一个可能的实施方式中，所述分区动态阈值至少包括盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的盐渍化区域在预设历史时间段内的土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关联关系；基于所述毛管水最大上升高度和所述关联关系确定盐渍化地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的植被群落的根系层厚度；基于所述毛管水最大上升高度和所述根系层厚度确定植被地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的湖泊平均深度；将所述湖泊平均深度与所述植被地下水生态水位阈值叠加确定所述湖泊湿地地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，基于所述目标绿洲区的灌溉制度，划分灌溉季和非灌溉季；在所述目标绿洲区处于灌溉季时，将所述盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值；在所述目标绿洲区处于非灌溉季时，将盐渍化地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
在一个可能的实施方式中，构建水循环模型，用于对所述目标绿洲区的水循环过程进行模拟；基于所述水循环模型，对所述多个衍生调控方案的水循环过程进行模拟，得到每个衍生调控方案对应的所述目标绿洲区的预估地下水位埋深信息；基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定目标调控方案。
在一个可能的实施方式中，基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案；基于预设条件，在符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法，其特征在于，包括：
基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；
基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；
基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；
基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；
基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个环境因素至少包括：引水渠系分布、行政区划、盐渍化分布、灌区分布、湖泊分布、城市分布和地形地貌；
所述基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，包括：
基于多个环境因素将所述目标绿洲区划分为绿洲灌区和绿洲灌区边缘区。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分区动态阈值至少包括盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值；
所述确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值，包括：
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区在预设历史时间段内的土壤盐渍化程度和地下水位埋深数据之间的关联关系；
基于所述毛管水最大上升高度和所述关联关系确定盐渍化地下水生态水位阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值，包括：
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的毛管水最大上升高度；
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的植被群落的根系层厚度；
基于所述毛管水最大上升高度和所述根系层厚度确定植被地下水生态水位阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值，包括：
获取所述绿洲灌区和绿洲灌区边缘区的湖泊平均深度；
将所述湖泊平均深度与所述植被地下水生态水位阈值叠加确定所述湖泊湿地地下水生态水位阈值。
6.根据权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述目标绿洲区的灌溉制度，划分灌溉季和非灌溉季；
在所述目标绿洲区处于灌溉季时，将所述盐渍化地下水生态水位阈值、植被地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值；
在所述目标绿洲区处于非灌溉季时，将盐渍化地下水生态水位阈值和湖泊湿地地下水生态水位阈值综合作为所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案，包括：
构建水循环模型，用于对所述目标绿洲区的水循环过程进行模拟；
基于所述水循环模型，对所述多个衍生调控方案的水循环过程进行模拟，得到每个衍生调控方案对应的所述目标绿洲区的预估地下水位埋深信息；
基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定目标调控方案。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定目标调控方案，包括：
基于所述预估地下水位埋深信息以及所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值，确定符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案；
基于预设条件，在符合所述目标绿洲区的地下水生态水位阈值的多个衍生调控方案中确定目标调控方案。
9.一种干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控装置，其特征在于，包括：
分区模块，用于基于目标绿洲区的多个环境因素对所述目标绿洲区进行分区，以及确定所述目标绿洲区的地下水生态水位的分区动态阈值；
确定模块，用于基于所述分区动态阈值，确定目标调控月份；
所述确定模块，还用于基于所述目标绿洲区的环境信息，确定一个基准调控方案和多个衍生调控方案；
所述确定模块，还用于基于所述分区动态阈值和所述目标调控月份，在所述多个衍生调控方案中确定目标调控方案；
调控模块，用于基于所述目标调控方案对所述目标绿洲区的地下水生态水位进行调控。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控程序，以实现权利要求1～8中任一项所述的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法。
11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1～8中任一项所述的干旱区绿洲地下水生态水位分区动态调控方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116368984A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-07-04 | 中国水利水电科学研究院 | 协同解决干旱区灌溉绿洲缺水与盐渍化的方法 |
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2022
- 2022-07-27 CN CN202210895061.3A patent/CN115271440A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| CN116368984B (zh) * | 2023-04-10 | 2023-11-10 | 中国水利水电科学研究院 | 协同解决干旱区灌溉绿洲缺水与盐渍化的方法 |
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