为探明渭河平原地区不同灌水量与施氮量对玉米生长发育、产量、品质和效率的影响，通过玉米盆栽试验，灌水量设置水分梯度2个（灌水上限为田间持水量的50%、80%，分别用W0、W1表示），氮肥梯度5个（0、0.1、0.3、0.5、0.7 g/kg，分别用N0、N1、N2、N3、N4表示），共10个处理。结果表明，水氮耦合对玉米各项指标存在不同程度影响，使用主观AHP层次分析法和客观熵权法相结合，利用博弈论组合赋权法确定15个指标的最终权重，其中单株产量权重最大，达到0.133，其次为粗蛋白质含量和氮素偏肥生产力，权重分别达到0.114和0.105。利用TOPSIS综合评价法对各处理综合评价，最终结果显示W1N2处理为最佳水氮施用方案。因此推荐土壤含水量为80%田间持水量、施氮量0.3 g/kg为该地区玉米最佳灌水施肥模式。

为探明宁夏引黄灌区盐碱地青贮玉米生长适宜的灌水量及AquaCrop模型在引黄灌区的适应性。以当地农业公司灌溉定额的95%为高水平，设置3个不同处理：低水平280.5 mm(W1)、中水平382.5 mm(W2)、高水平484.5 mm(W3)，研究不同灌溉定额对青贮玉米的效应，并基于2 a的试验数据对AquaCrop模型进行率定、验证，以水分利用效率最大为目标确定出较优的灌溉方案。2023年W3处理下的0~40 cm土层土壤含水率(SWC)均高于W1处理和W2处理；各处理在生物量平均值和产量表现为W3处理>W2处理>W1处理。各处理SWC模拟值与实测值的R ²、EF和RMSE分别为0.73~0.79、0.67~0.75、0.35%~2.40%；冠层覆盖度模拟值和实测值的R ²、EF和RMSE分别为0.90~0.96、0.98~0.99、2.38%~8.00%；生物量模拟值和实测值的R ²、EF分别为0.91~0.95、0.97~0.99，RMSE为2.03~2.05 t/hm²；产量模拟值和实测值的RE为1.40%~2.46%，R ²为0.98，水分利用效率模拟值和实测值的RE为0.73%~3.94%，R ²为0.97。说明AquaCrop模型能较好地模拟宁夏引黄灌区青贮玉米的生长过程；以节水增产为目标，灌溉定额为382.5 mm时，青贮玉米水分利用效率较优。

为探讨调亏灌溉和秸秆覆盖对苦荞生物学特性和水分调亏利用效率的影响，设置秸秆覆盖（裸地S₁、秸秆覆盖S₂）和灌溉方式（常规灌溉M₁、轻度调亏灌溉M₂、重度调亏灌溉M₃）组合共6个处理，比较各处理的土壤含水量、农艺性状、产量和水分调亏利用效率等差异。结果表明：与裸地处理相比，秸秆覆盖处理的产量和水分调亏利用效率分别提高了13.5%和32.9%。与全灌处理相比，轻度调亏灌溉处理的产量、水分调亏利用效率分别提高了5.3%和52.8%。调亏灌溉和秸秆覆盖互作后，M₂S₂处理下产量和水分调亏利用效率最高。M₂S₂的产量、水分调亏利用效率较M₁S₁分别增加16.1%，95.7%，主要是因为M₂S₂处理的净光合速率、单株分枝数、生物量及结实率较M₁S₁分别显著增加13.0%，12.1%，12.5%和8.3%。综上所述，轻度调亏灌溉和秸秆覆盖能显著提高苦荞产量和水分调亏利用效率，可为苦荞的节水高效栽培提供理论依据和技术支撑。

探讨补灌条件下增施有机肥对小麦、玉米产量、耗水量和水分利用效率的影响，为豫中补灌区合理利用水肥资源、小麦-玉米高产高效生产提供理论依据和技术支撑。2018-2020年进行田间定位试验，设3个灌水水平：不灌溉（W0），补灌1次（W1）（拔节期）、补灌2次（W2）（拔节期，抽穗-扬花期），每次灌水450 m³/hm²。设5个施肥模式：不施肥（N0）、纯氮210 kg/hm²（N1）、纯氮300 kg/hm²（N2）、纯氮210 kg/hm²+有机肥1 500 kg/hm²（N3）、纯氮300 kg/hm²+有机肥1 500 kg/hm²（N4）。①连续2 a灌水措施（W）、施肥模式（N）和灌水×施肥交互作用对小麦、玉米产量和全生育期耗水量均具有极显著影响，且低氮（N1）条件下增施有机肥有利于提高小麦、玉米产量和水分利用效率，其中小麦产量增加了1.75%~17.11%，玉米产量增加了2.42%~12.66%。②连续2 a 3种灌水水平条件下，N0处理小麦、玉米产量和水分利用效率低于或显著低于其他处理。③2019年小麦、玉米产量均以W1N4最高，分别为11 865.53 kg/hm²和11 662.82 kg/hm²；2020年W2N4小麦处理产量最高，W1N3处理玉米产量最高。④小麦全生育期耗水量差异显著，连续2 a补灌2次处理的小麦、玉米全生育期耗水量均高于不灌溉相应处理。⑤2019年小麦、玉米水分利用效率均以W2N0最低，2020年W1N0小麦水分利用效率处理最低，W2N0处理次之，W2N0处理玉米水分利用效率最低。补灌或增施有机肥对小麦、玉米产量具有极显著影响，对小麦、玉米水分利用效率有一定积极影响。豫中补灌区推荐适宜小麦-玉米灌溉施肥模式为：小麦、玉米拔节期各补灌1次，施用纯氮300 kg/hm²+有机肥1 500 kg/hm²（氮肥底追比为底施∶拔节肥=7∶3）。

为了提高水稻田氮素利用率减少农业面源污染，选取了2块大田，分别采取干湿交替节水灌溉和传统淹灌方式，分析稻田土壤剖面NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N及TN浓度的分布规律。结果表明节水灌溉和传统淹灌条件下，施入3次氮肥后，地表水及土壤不同深度处NH₄ ⁺-N和TN浓度变化规律相似且均会出现峰值后迅速降低。而节水灌溉条件下由于NO₃ ^--N浓度太低导致峰值不明显，传统淹灌条件下的NO₃ ^--N浓度峰值到达时间相比于NH₄ ⁺-N有一定滞后性。整体来说，水稻田施肥后5 d内是防控田间氮素流失的关键时期；节水灌溉条件下水稻田的灌溉水利用效率和氮素生产率更高。此研究结果可为提高水肥利用率和减少农业面源污染等提供理论依据。

在资源环境可持续发展和生态文明建设得到重视的时代，水资源的供需均衡是衡量一个区域社会经济发展的重要因素，而与水资源有关的生态足迹相关概念被越来越多的专家和学者所采用，是一个具有关键意义的衡量指标。然而，在这方面的研究中，现有学者主要集中于现状的分析与探讨，缺乏对未来的预测。经济蓬勃、人口稠密的山东省存在由于社会经济的快速发展而导致的水资源供需紧张的问题，亟需寻求保障水资源和社会经济协调发展的可持续方案。根据水资源生态足迹模型和山东省水资源供需系统动力学模型，设计SD1（维持现状）、SD2（发展经济）、SD3（节约用水）和SD4（综合开发）等情景对2022-2050年山东省水资源生态足迹和生态承载力进行预测。结果表明，2022-2050年情景SD1~SD4下山东省水资源的人均生态足迹的平均数值分别为0.408、0.447、0.319和0.412 hm²/人，水资源的人均生态承载力的平均数值都为0.130 hm²/人，由此导致0.278、0.317、0.189和0.282 hm²/人的人均水资源生态亏损；水资源生态压力指数和水资源生态经济协调指数均值分别为3.149、3.458、2.466和3.188及1.257、1.242、1.304和1.259，山东省未来情景下水资源利用压力较大，不安全利用的状态将会持续。从水资源生态足迹的角度对4种情景进行比较，综合发展型情景SD4具有合适的评价指标，既能保证经济发展，也能减少水资源利用的不安全程度，山东省未来发展应采取此类情景，但同时要提高各行业用水效率、加强全社会节水意识，既“开源”又“节流”，才能保障水资源的可持续发展。

流域综合治理/三水协同调控是净化水体水质、消除水体黑臭、恢复水生生态系统健康/优化水资源调控、改善水环境质量、修复水生态系统的必要途径，快速高效精准的决策支持平台是实现流域综合治理/三水协同调控优化决策制定的重要工具/关键抓手。针对金山湖流域面临的多水共治和水环境水生态安全保障等难题，为实现金山湖流域三水融合协同共治及其靶向精准高效决策，基于“空—地—水”一体化模型体系与流域智慧化管理平台技术成果，提出了决策支持平台体系结构。部署具有相对独立功能的数据中心、计算中心、控制中心以及业务中心，通过数据融合集成、模型集成等关键技术，构建了金山湖流域三水协同调控决策支持平台。平台实现了气象、水文和水质等多源异构数据的采集传输、存储管理及交换共享，集成了包括气象、陆地和水体模块的多过程耦合模型的按需调用、智能驱动以及水资源保障、水环境提升、水生态修复等多目标协同的调控治理方案设置、过程模拟、效果评估和最优决策等功能。为流域污染负荷控制—水体水力提升—生态功能恢复等多目标统筹、靶向治理的调控方案制定提供精准高效决策等技术服务，提高了流域水量水质水生态协同调控的决策能力与效率，支撑金山湖流域三水量、质、效协同发展。

灌区对我国粮食安全和农业可持续发展至关重要，且灌区水资源配置对区域生态环境调控作用意义重大，特别是华北地区地下水超采、土壤次生盐渍化问题突出，因此，以华北典型井渠结合灌域土壤盐分和地下水水质变化为研究重点，以期揭示水资源调配对灌区生态环境的影响。通过人民胜利渠灌区3 a的田间定位实验，研究了典型区域不同地下水和地表水用水比下根层土壤盐分和地下水水化学性质的动态变化特征。随着地下水地表水用水比的增加，0~20 cm表层土壤年际盐分淋洗率呈降低趋势，而20~100 cm土层土壤盐分年际盐分淋洗率呈增加的趋势，维持0~100 cm土层土壤盐分平衡的地下水地表水用水比值接近于0.379 4；土壤盐分动态变化直接影响地下水水化学性质，土壤中的盐分离子淋溶增加了地下水中总溶解性固体含量，同时降低了地下水中钠吸附比；冗余分析结果表明，地下水地表水用水比与地下水水化学性质变化密切相关，即使地下水埋深超过8 m，灌溉和降水等也会在短时间内驱动地下水化学性质的变化。华北典型井渠结合灌区适宜的地下水地表水用水比值是调节根层土壤盐分重分布和地下水碱化趋势的重要措施。

针对农业用水量在区域总用水量中占比较大且用水效率有待提高这一问题，从兼顾公平与效率视角下构建区域农业初始水权分配模型，以最小化公平性满意度差异为目标，同时结合农业用水效率指标作为核心约束条件，以益阳市为例，运用Mtalab fmincon函数对模型进行求解，实现对益阳市2025年各行政区的农业初始水权分配。结果表明基于兼顾公平与效率模型的农业初始水权分配较现状分配总量和公平性满意度差异都有所减小，分配结果更公平高效。研究成果可为其他区域分配农业初始水权提供借鉴和参考。

准确估算参考作物蒸散发（Reference crop evapotranspiration，ET ₀）对于农业水资源管理至关重要。东北地区是我国最重要的粮食产区，但该区域纬度相对较高、气温相对较低，ET ₀影响因素多、估算的不确定性高。研究选取东北地区20个代表性气象站点1961-2019年气象数据，采用Mann-Kendall非参数趋势检验及反距离加权插值法模拟东北地区ET ₀时空变化特征，并利用思维进化算法（Mind Evolutionary Algorithm，MEA）优化模型参数，以FAO-56 Penman-Monteith公式计算结果为标准值，比较9种不同输入因子的模型精度，结果表明：①1961-2019年东北地区ET ₀的年平均值在567.81~1 080.66 mm之间，东北地区北部的年均ET ₀值呈上升趋势，中部平原及南部沿海呈下降趋势；②通过对东北地区20个站点使用不同类型模型计算ET ₀的评估，优化前精度表现：辐射型模型＞湿度型模型＞温度型模型。其中Mak模型在东北地区的计算精度最高，相应的R ²、NSE、RMSE、和MAE中位数值分别为0.801、0.786、0.570 mm/d和0.331 mm/d；③MEA算法优化后，对9种经验模型的R ²、NSE、RMSE和MAE提升幅度分别为14.43~47.15%、14.84~50.47%、5.42~46.79%、7.47~39.86%。优化后的Mak模型相应的R ²、NSE、RMSE、和MAE中位数值分别为0.910、0.907、0.510 mm/d、0.291 mm/d。因此，在气象资料缺乏情景下，Mak模型可作为东北地区ET ₀计算的最优模型，并且MEA算法优化能够高效提高模型计算精度，实现了准确性和效率之间更优化的平衡。

为探究农业节水技术采用对农户家庭总收入的影响，利用河北、山东和河南粮农的微观数据，构建无条件分位数处理效应模型进行了实证检验。结果发现：第一，采用节水技术对农户具有明显的增收作用。在使用工具变量法纠正样本自选择偏差后，在平均意义下采用节水技术能使任意样本农户家庭的人均收入增加16.5%，当利用内生转换回归模型进一步控制不同农户采用节水技术决策选择的异质性后，测得由节水技术引致的家庭人均收入增幅为13.8%。第二，节水技术对农户收入的影响存在“马太效应”。相比于低收入农户，高收入农户采用节水技术后的收入增加幅度更大。研究据此提出：充分发挥节水技术的增收效应，减少农业节水技术采用障碍；缓解节水技术对农户收入影响的“马太效应”，提高农户节水技术认知程度。

土壤水分站点易受人为破坏、自然灾害和设备故障等因素的影响，出现数据不同程度的缺失，直接影响了其在农业生产、气象监测、生态环境等学科领域的深入应用。利用闪电河流域土壤温湿度无线传感器网络的土壤水分观测数据，采用机器学习方法，以MODIS地表温度、植被指数、地表反照率、热惯量以及地表高程等为参量，研究土壤水分站点缺失数据修复方法。研究结果表明：①随机森林表现出较高的精度（相关系数r=0.95，均方根误差RMSE=0.023 m³/m³，无偏均方根误差ubRMSE=0.023 m³/m³，偏差Bias=-0.001）优于广义回归神经网络；②在低植被覆盖区域，模型拟合效果优于高植被覆盖区域；③随机森林模型在站点不同缺失情况下，表现出了较高的精度（相关系数r>0.8，均方根误差RMSE≤0.038 m³/m³，无偏均方根误差ubRMSE≤0.038 m³/m³，偏差Bias≤0.018），且在部分时间段缺失下模型精度更高，很好地反映了土壤水分随季节变化的趋势。该研究为地面站点数据的修复以及地面站点的布设提供参考与支持。

采用3种土壤转换方程（PTFs）获取不同侵蚀程度黑土的土壤水分特征曲线（SWCC），并与实测数据进行了比较，以选择适合黑土SWCC间接获取的PTFs方法。以4种不同侵蚀程度的黑土为供试土壤，采用常用的PTFs 计算机模型：Rosetta3、CalcPTF和以最大吸湿量为残余含水量（θ_r ）发展的PTFs方法（编号：PTFs3），进行了SWCC的van Genuchten（VG）模型参数的预报。Rosetta3模型的输入参数包括土壤机械组成、土壤密度、33 kPa压力下的土壤含水率（θ _{33 kPa}）和1 500 kPa压力下土壤含水量（θ _{1 500 kPa}）；CalcPTF模型的输入参数包括土壤机械组成、土壤密度和有机碳含量；PTFs3的输入参数包括饱和含水量（θ ₀）、最大吸湿量（θ _97%RH）、θ _{33 kPa}和θ _{1 500 kPa}。将上述3种方法获取的参数带入VG模型，得出供试土壤在不同水吸力下的土壤含水量，并与实测结果进行对比。结果显示，使用3种PTFs模型输出参数的VG模型预报值与实测值都有极显著的相关性，总体计算结果与实测结果也比较接近。PTFs3预报值与实测值的差值在±0.05 cm³/cm³内；CalcPTF-Var 模型差值在-0.08~0.05 cm³/cm³之间；而Rosetta3模型的差值在-0.10~0.06 cm³/cm³之间。在土壤含水率压力小于33 kPa情况下时，SWCC差值相对较大。Rosetta3 和PTFs3因为有θ _{33 kPa}和θ _{1 500 kPa}两点的水分进行校正，精确性比较可控，效果优于CalcPTF-Var。预报值与实测值差异的百分比也说明了这一点。具体到每个供试土壤样本，3种PTFs对剧烈侵蚀的黑土预报偏差百分比都较大，但PTFs3表现较优于其他两种模型。CalcPTF-Var在微度侵蚀样本S1的模拟上也出现了相对较大的偏差。综上，PTFs3模型是一种比较适合预报黑土SWCC的VG模型参数的PTFs方法。Rosetta3模型误差主要来源于较严重的低估了≤1 kPa SWCC的土壤含水量，而高估了6~33 kPa的土壤含水量。仅输入土壤理化性质的CalcPTF-Var模型需注意在部分黑土样本上的较大偏差。

探究苹果膜下滴灌技术参数施肥周期、滴头间距和毛管布置方式对土壤蓄水量、耗水量和水分利用效率的影响，提出静宁苹果滴灌水肥一体化技术优选参数。于2022-2023年在甘肃静宁县优质产区开展田间水肥一体化滴灌试验，以6 a生短枝富士苹果为研究对象，采用施肥周期(T)、滴头间距(D)、毛管布置方式(P)3个试验因素，施肥周期设置15 d（T15）、30 d（T30）2个水平，滴头间距设置30 cm（D30）、50 cm（D50）2个水平，毛管布置方式设置一行一管（P1）、一行两管（P2），共8个技术模式。测定不同技术模式下苹果全生育期0~100 cm土层土壤体积含水量和产量。结果表明：①膜下滴灌技术参数T、D、P对各生育阶段苹果园土壤蓄水量显著性影响不一，T、D、P对花芽分化期、膨大中后期苹果园0~100 cm土层土壤蓄水量均显著，3个因素的二阶、三阶交互作用对0~100 cm土层土壤蓄水量的影响均不显著。②T、D、P组合下的不同技术模式在苹果生育期内土壤日耗水量随苹果生长发育，日耗水量逐渐增加，至膨大期达到最大。③T可显著提高产量，T15较T30的显著提高3 321.10 kg/hm²，对WUE无显著影响；D对产量、WUE均无显著影响；P对产量、WUE均有显著影响，P2较P1的分别提高3 910.29 kg/hm²、1.34 kg/(hm²?mm)；T、D、P三个因素中的二阶、三阶交互作用中，除T与P的交互作用外，对产量、WUE的影响均不显著。施肥周期15 d、滴头间距30 cm和一行两管的滴灌水肥一体化技术模式能显著提高产量和WUE，该组合参数可作为静宁苹果园高产节水的推荐优选方案。

衬砌渠道周围渠基土水热分布条件不同，当渠基土在冻结过程中有无毛细水上升条件下冻胀差异明显。基于这种差异，开展不同初始含水率渠基土在不同温度条件下有无毛细水上升冻胀率试验，研究土体冻胀变形在这种情况下的变化规律。以此为依据，建立数值模拟模型，对冻结过程中有无毛细水上升渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀影响差异进行比较。研究结果表明：渠基土在有毛细水上升条件下，温度越高，所产生的冻胀率增量越多。温度越低，土体吸收水分越多。衬砌渠道在有无毛细水上升条件下冻胀变形及冻胀应力具有明显差异。当毛细水上升时，衬砌渠道因冻胀所产生的变形及应力均大于无毛细水上升时产生的变形及应力。-2 ℃、-4 ℃、-7 ℃下衬砌渠道有毛细水上升条件下最大冻胀变形与无毛细水上升条件下最大冻胀变形伴随温度越低，差异逐渐增大。-2 ℃、-4 ℃、-6 ℃下毛细水上升条件下最大冻胀应力与无毛细水上升条件下最大冻胀应力伴随温度越低，差异逐渐增大。有毛细水上升会加剧衬砌渠道在土体冻胀下裂缝的产生。研究可为有无毛细水上升时衬砌渠道冻胀影响及工程建设提供参考。

为适应国内大型灌区自动化建设，发挥水库的调蓄作用，最大限度地满足用水户的用水要求，以犬木塘灌区主干渠和部分分干渠的部分渠段为研究对象，基于输水渠道系统运行仿真与控制软件建立的干渠模型和干支耦合模型，分析了渠库耦合调度的效果以及探究了渠库耦合的调度方式。结果表明：①当渠道最下游端的取水发生变化时，库渠联合调度可以加快响应，及时给用水户供水，提高供水效率，另外，取水扰动的影响范围和程度减小，各闸门过闸流量超调量减小，系统可以更快达到稳定；②水库的加入在一定程度上可以减弱取水变化带来的扰动，并且当水库加入的位置越靠近分水口时，取水扰动影响范围和程度越弱，渠库联合调控的效果越明显；③对于水库水同时间入渠方式较同流量入渠方式的比较，同时间工况下的稳定时间更短，更有利于渠道稳定。研究成果可为如何使渠道系统更快达到稳定提供思路以及为渠库联合调度规则的探究提供参考。