灌溉水文学尺度转换问题研究综述

'水利学报年月第卷第期文章编号灌溉水文学尺度转换问题研究综述许迪国家节水灌溉工程技术研究中心北京中国水利水电科学研究院水利研究所北京摘要灌溉水文学是研究灌溉农业生态系统的一门科学该系统由地表水地下水饱和与非饱和水大气土壤和植物等分系统构成研究过程或特性的空间域从微观尺度变化到全球尺度时间域则从几秒到数个世纪如何将微观自然尺度下具有高度非线性的物理化学和生物特性的过程尺度转换到灌溉农业生态系统这类宏观尺度上如何监测描述和包含尺度转换非线性过程中存在的自然异质性问题如何获得不同时空尺度过程或特性变异性的可靠估值等问题是当前灌溉水文学研究的热点与难点本文对国内外有关灌溉水文学尺度转换问题研究的进展进行综述探讨相关的主要研究方向与内容关键词灌溉水文学时空尺度尺度转换异质非均质性灌溉农业生态系统中图分类号文献标识码灌溉可以明显地增加作物产量但因灌溉不当引起的区域水资源亏缺和农田水土环境恶化会严重威胁灌溉农业生态系统的可持续性从灌溉水文学时空尺度转换的角度出发改善和加深人类对灌排过程的了解和认识可为科学地评价灌溉产生的正负效应提供依据进而达到可持续管理农田灌溉与排水工程的目的灌溉水文学是研究灌溉农业生态系统的一门科学强调不同尺度上的水循环分析及其尺度转换过程包括从土壤水的微观尺度到水文气候学的全球过程其中面临着要精确定义许多看似简单但却具有高度非线性非均质特征过程适宜时空尺度的挑战灌溉农业生态系统通常由地表水地下水饱和与非饱和水大气土壤和植物等分系统构成其中蓄水灌溉和排水在景观上受到人为控制研究中涉及的过程空间域从微观尺度到全球尺度时间域则从几秒到数个世纪灌溉水文学重点研究农田灌溉的水循环过程和农田生态系统的耗水过程探索农田土壤植物大气系统中的水分运动溶质运移根系发育植物生长能量交换等过程间的相互关系及其系统中各界面间的转化机制与规律分析从微观尺度的土壤水到全球尺度的水文气候变化中不同时空尺度间的水循环过程转换关系监测不同时空尺度的蓄水量与排水量景观和生物过程以及灌溉农业生态系统的变化趋势评价不同时空尺度农业节水效果间的转换过程及其相应的节水潜力如何将微观自然尺度下具有高度非线性物理化学和生物特性的过程尺度转换到灌溉农业生态系统这类宏观尺度上如何监测和描述尺度转换非线性过程中存在的自然异质性问题如何获得不同时空尺度上相关过程或特性变异性的可靠估值等问题是当前灌溉水文学研究的热点与难点由此可见对灌溉水文学尺度转换问题的研究涉及到多学科间的交叉融合具有明显的边缘学科特点是一门处于发展成长过程中的新兴分支学科本文基于近年来国内外的相关研究成果综述对灌溉水文学尺度转换问题的研究进展与发展趋势探讨灌溉水文学的主要研究方向与相关内容期望有助于业内人士更好的系统开展影响灌溉农业生态系统设计与管理的尺度转收稿日期基金项目十五国家重大科技专项作者简介许迪男北京人博士教授级高级工程师主要从事节水农业应用基础与技术研究 化问题研究尺度与尺度转换尺度的概念广泛存在于水文学生态学气象学土壤学生物学等诸多学科中其通常是指某过程或观测及模拟的特征时间和特征长度空间一般称为时空尺度如表所示灌溉水文学涉及的空间尺度变化域是从微观尺度中观尺度宏观尺度全球尺度时间尺度变化范围则从秒时天年百年千年不同时空尺度组合下研究的过程之间存在着较大的差异表灌溉水文学涉及的时空尺度分类空间尺度时间尺度微观中观宏观全球秒水的特性孔隙介质流入渗大气过程孔隙水过程管流腾发地球化学过程降水地表水流排水时天时间平均年百年空间平均千年灌溉水文学研究的最小空间尺度是作为连续体存在的微观自然尺度该尺度以下的物质称为离散颗粒其中的气相液相和固相被认为是相互关联的独立连续体中观尺度上的气相液相和固相被视为交错叠加的空间平均连续体对宏观以上的尺度则忽略其空间变异性并利用空间平均的概念描述系统灌溉水文学研究的时间尺度也较为复杂在微观到宏观的空间尺度上采用的时间尺度常小于或至少以天作为最小时间单元其中一些微观尺度的实验观测是在秒级尺度上开展而在全球空间尺度上则需采用时空平均的概念来研究系统的动态变化趋势和影响作用由此可见灌溉水文学中涉及的时空尺度之间有着非常紧密的关联特定的空间尺度往往对应着相应的时间尺度由于空间异质性和时空变异性在自然界中的广泛存在大尺度的信息特征值并非是若干小尺度值的简单叠加而小尺度的信息特征值也不能简单的通过对大尺度值进行插值或分解得到常需借助各种尺度转换途径与方法来分析尺度转换过程中的非线性问题建立不同时空尺度间的定量转换关系尺度转换就是调整和修正观测的尺度与微观尺度之间存在差异下的变量或过程间的非线性关系尺度转换的方式包括尺度扩展和尺度收缩其中前者是将小尺度的信息特征值向大尺度转换的过程而后者则是将大尺度的信息特征值向小尺度进行转换在灌溉水文学研究中作为最小空间尺度的微观自然尺度是观测的某个变量或过程的时空特征基准尺度而代表性单元体就是一个非常直观的特征基准尺度在均质系统中是一个能被观测到的最小体积单元如土壤孔隙度的体积平均并不随平均体积的增加而改变其自然空间尺度约为几个土壤孔隙直径的长度或至少是玻璃球的个晶粒直径的长度而在非均质系统中土壤孔隙度的下限与颗粒尺寸有关上限则与平均孔隙度倾向穿过的距离相关在均质系统中自然的和观测的空间尺度间存在的差异或许会影响某些非线性结构关系的有效性如对土壤水分特征曲线尽管基于液相和水分子定义的各种势能间的矛盾得到解决但该函数的非线性有效性问题依然存在观测土壤含水量通常需要具备一个含有土壤粒径整体分布范围或体积近似等于满足孔隙度要求的土样体积考虑到土壤的相似性若初始处于饱和状态且具有各种直径大小的一束毛管承受着特定的吸力时则直径大于毛细管上升值的毛管内会发生排水而直径小于该值的毛管内则仍处于饱和状态施加的毛细管吸力仅作用在发生排水的毛管中此时毛细管吸力的自然尺度是微观层次的孔隙尺度而 含水量的自然尺度则是毛细管吸力尺度的数倍当毛细管吸力与毛管孔隙的平均水力半径间的关系呈双曲线形状时表现出典型的形非线性函数特征该曲线任意两点含水量的均值所对应的毛细管吸力均值常在靠近饱和区域的范围内小于相应的估值而在远离饱和区域的范围内则大于相应的估值若是未被标定的函数则与间产生的误差将导致的空间尺度发生改变该误差的大小取决于获得平均值的估算方法由此可见若是线性的就不会出现改变估值尺度的问题否则将会带来相关的尺度转换问题由于非饱和导水率与之间也存在着高度的非线性关系故类似的尺度变化问题同样存在于非饱和导水率函数当中此外在非均质系统中值在土壤孔隙介质体内随处变化其介质的空间异质性和过程关系的非线性必然会引起尺度转换问题等人将尺度转换问题定义为在一个特定尺度上获得的信息或开发的模型能够应用于另一个尺度层面的预测中提出在灌溉农业生态系统中需进行尺度转换的个原因地面和地下过程中存在的空间异质性不同尺度层面上系统响应的非线性过程自身要求具有临界尺度关注的主要过程或许随尺度大小而变化受小尺度过程相互作用而出现的新过程叠加在自然系统上的各种扰动状态如大坝渠道等从本质而言后个原因是与过程的非线性和系统的异质性有关的各种因素间的某种组合或特例由于忽略了关键的控制过程或特性发现针对后个原因的尺度转换通常是无效的在对灌溉水文学涉及的尺度转换问题进行分析时重要的内容就是需精确的为许多看似简单但却具有非线性异质特征的过程定义出适宜的时空尺度并在从小区到区域的不同时空尺度上开展一体化供水或排水过程的观测研究尺度转换问题研究研究灌溉水文学的时空尺度转换过程已成为当今的焦点其范围涉及从微观层次的孔隙尺度到与灌溉和排水相关的宏观区域尺度人们不仅在概念上而且在生产实际当中也提出了尺度转换问题这包括从灌溉入渗排水土壤蒸发作物蒸腾土壤流失溶质运移养分淋洗地下水变化作物产量这样的单个过程尺度转换到气候变化影响明显的全球尺度为了预测人类活动对灌溉农业生态系统的影响有必要对空间异质状态下的非线性过程开展尺度转换问题的研究在灌溉水文学尺度转换问题研究中由于特定的空间尺度往往对应着相应的时间尺度故对相关过程或系统的空间尺度进行转换的同时或许会带来相应的时间尺度转换问题导致时空尺度转换的同时进行此外还需基于各种尺度转换方法如统计自相似性几何分形理论地质统计学和空间变异函数理论等和利用各类模型如水动力学模型水平衡模型分布式水文模型随机模型等分析其中存在的非线性问题建立相关的尺度转换关系其中前两类模型尤其适用于微观到宏观尺度而后两类模型则主要应用于宏观和全球尺度不同时空尺度组合下的尺度转换问题可归纳为以下几个方面孔隙室内试验在微观尺度上需进行尺度扩展的过程包括土壤水力特性植物根系吸水和与过程相关的水质问题此外还包括水及其组成要素在作物根围区根土根水水土等界面根层以下非饱和区和地下水饱和区内的流动运移以及彼此间发生的相互作用基于微观尺度开发的有关连续方程的理想解答可用于宏观尺度的观测与模拟例如微观线性动量方程可被简化为方程并在空间平均的基础上导出公式将公式与用来模拟空间平均流速或水势的质量守恒公式相结合可得到公式与此相类似在地面灌溉自由流状况下对方程进行简化后可获得公式用来求解畦沟灌溉过程中的一维或二维流速以及水深当考虑微观尺度的土壤孔隙或其从土样到小区的空间异质性时等人提出应用聚集法将土壤导水率结构的孔隙尺度观测结果尺度扩展为整个土样的平均值当考虑土壤养分或污染物的微生物降解时通常不在细菌群体模型中重新求解孔隙尺度的变异性问题而是将基质和生物量浓度作为整体平均值加以考虑等人采用传统的生物膜模型和尺度扩展模型检验了孔隙尺度生物膜 质量传递的局限性受质量传递阻力的影响具有适量基质的粗质土壤对生物膜生长的制约是十分显著的而尺度扩展模型得到的结果却显示出较高的地下水流速会减弱质量传递的阻力在考虑作物耗水过程时等人将单株树的根系吸水观测结果尺度扩展到群丛其分别依据木质部含水量和在不同直径树龄和地点下观测的棵针叶树和棵阔叶树的树液流动径向模式估算了白木质的深度在与白木质断面积进行比较后得出一个简单的生物质参数可广泛应用于单株树和森林群体间蒸腾数据尺度扩展的结论在微观尺度上还存在着一些值得研究的尺度扩展问题如至今尚未被人类很好认识的现象是在灌溉之间和灌溉期间发生的田间土壤收缩变形与龟裂的问题同时存在于土壤固相中的张力和应力使得人们对水和溶质运移的预测变得较为复杂因此求解微观尺度的质量动量能量和熵平衡方程应成为理解和模拟这种特性的有效研究思路深化对微观尺度理论的了解和认识有助于开发出更佳的尺度扩展模型有利于在因灌排措施导致龟裂的土壤上获得更为有效的土壤盐分管理策略除灌溉孔隙介质中的饱和与非饱和流动问题外明渠水流和畦沟水流运动也受到微观尺度的方程支配而控制土壤侵蚀以及控制杀虫剂除草剂的径流损失也有赖于对微观过程的深入了解将水平衡方程求解与微观尺度的物理学化学和生物学过程理论相结合可以更好地了解和预测泥沙污染物的运动与迁移这些都有赖于对尺度转换问题进行深入研究室内试验小区将室内试验观测的土壤水特性尺度扩展到小区尺度时涉及到对土壤水力特性函数或土壤质地团聚体进行尺度转换的问题等人描述了一种将土壤渗透性估值尺度扩展到小区的方法该法也可用来评价地形变化较小的田间土壤水分变异性及其补给率基于土壤基质势均质假设提出一种利用函数表征土壤水分特征曲线的尺度扩展土壤含水量和导水率的方法他采用数值模拟方法探讨了地形起伏与湿度各向异性之间的组合影响土壤水及其补给率时空再分布的过程认为小尺度土层可引起尺度扩展的导水率具有各向异性而中等饱和状态下的各向异性值远高于饱和或接近饱和状态下的相应值此外地形与湿度各向异性和稳定补给率间的不同组合还会影响通量以及尺度扩展的土壤含水量空间分布状态其中通量的变化范围在个数量级之间而土层深度处的垂向通量与地形曲率之间具有强烈的相关性当模拟杀虫剂和溶质从根系层淋溶到地下水的过程时在尺度扩展的土壤水力特性应用效果上存在着明显分歧等人对地下排水三维水流运动和溶质运移过程进行模拟后发现尺度扩展的土壤水力特性可用来表征非均质土壤特性小区田间由于过程参数的非线性和变异性从小区到田间的尺度扩展较为复杂有必要在借助统计学方法如地质统计学再归一化聚合等方法考虑空间异质性的基础上对某些过程或特征进行必要地修改或重新描述取得的相关研究成果主要集中在土壤水分传输过程上在生态工程研究方面等人发现采用基于湿地功能和特性如用水养分吸收与转化植物覆盖度水力滞留时间等的尺度转换观念有助于对小区与地块间的观测结果进行比较尽管在地块内具有明显的异质性但在年期间两种尺度的湿地系统间具有非常相近的特性等人指出在目前普遍采用的作物腾发量估算方法如公式中存在着将蒸渗仪观测结果直接用于田间或区域尺度的合理性问题在从植物扩展到冠层气体交换过程的研究方面等人开发出一个用来定量整个植物和冠层和的气体交换模型该模型将叶气体交换能量平衡冠辐射性传输风速衰减尺度的模拟相结合采用叶片气体交换氮素敏感性模型模拟净光合作用和气孔导度基于能量平衡方程解析结果计算叶温在分别考虑光合活性近红外和长波辐射等波段下利用一个含有多次辐射散射功能的模型模拟辐射性传输其中有关和的局部压力以及冠层内的空气温度等观测数据被作为该模型的输入资料在将小区尺度观测的地表侵蚀非线性过程尺度扩展到田间和区域时等人分别在和的小区以及一个的小流域上连续观测了个季节期间的地表结构径流和侵蚀过程其中来自和小区的总降水量的径流比例泥沙浓度和土壤净流失量是相等的且在某些时段内这些数值还大于来自小区和小流域的相关值该研究结果表明尽管观测的空 间尺度不一但来自小区和小流域的泥沙浓度和土壤净流失量的峰值却近似相同在尺度扩展对灌排工程系统设计的影响方面以往灌排系统设计建立在对时间和面积平均的质量平衡方程求解基础上在地表水流运动过程中常近似或忽略对动量方程的求解例如在地面灌溉模拟中常假定一个预先确定的地面水流剖面作为求解方程的替代且作为地面水流体积平衡方程输入项的入渗被要求在的面积范围内测定然后根据面积平均的观测结果建立起入渗率和累积入渗量函数在喷灌性能评价中也常忽略动量方程求解喷撒量取决于水量收集器的断面积和测定时间喷撒水深的均值及其空间变化状况是面积或时间平均的观测结果在评价喷灌系统性能时等人推荐使用大口径的水量收集器以便提高观测精度减少观测时间和观测数量而在地面灌溉系统性能评价中尽管入渗观测的空间变异性会随着入渗仪测定面积的增加而减弱但测定面积的增大将受到一些实际条件如水量构建和安装大尺寸入渗仪的能力的制约田间流域将田间尺度的观测结果过程和模拟估值尺度扩展到区域或流域尺度时需将不同尺度上收集的数据和过程聚集为一个有机的整体才能用于大尺度的影响分析为此常需借助开展不同尺度的数据管理分析和合并根据多光谱遥感资料产生的植被覆盖主题层以便提供用来估算作物腾发量和入渗的相关数据等人模拟了因土壤退化造成的土地退役对地下排水量的影响在浅层地下水流动较为平缓的区域土地退役会减少的排水量而在水流流动剧烈的区域相应的排水量减少灌溉农田作为整体景观或流域的重要组成部分在综合考虑社区和环境供水与当地农业生产活动时水管理机构会日趋关注灌溉农业生产对整个景观的总体影响等人开发出一个基于流域尺度的农业经济模型重点考虑农业生产区域内开发利用地表水与地下水所产生的各种影响从田间到流域尺度开展土地利用覆盖信息的尺度扩展中存在着许多问题研究了空间尺度变化对地表植被显像的影响后发现误差被明显地引入到非均质面积当中不同的地表植被覆盖类型显示出强烈的光谱反差空间聚集的粗分辨率的地表覆盖数据组与全分辨率数据组之间吻合度的变化取决于原始数据组的性质为解决该问题设计了一个含有各种要素的公益性数据库结构便于对室内外获得的观测结果进行数据管理并用来推求大量的集总式模型的参数等人针对丹麦土壤类型和气候条件开发出一个作物生长模拟模型用于研究灌溉和雨养农业条件下聚集模拟不同区域层次冬小麦产量的方法该模型收集了大量有关作物产量空间变异性的资料在模拟的与观测的作物产量空间自相关性之间具有很好的拟合度该研究结果表明在丹麦特定的条件下对模拟的产量进行尺度扩展需要具备以下的土壤数据空间分辨率若要估算大尺度范围内的产量则需要大量的气象数据用于计算作物腾发量等人开发出水稻生长模拟模型据此评价稻田中甲烷挥发的过程及其甲烷气体排放对大气环境产生的影响在研究和开发农业景观模型方面等人基于田间观测与过程模拟相结合的方法评价了土地利用变化对欧洲一些地区农业生态系统的影响对从叶片尺度扩展到景观尺度过程中涉及的植被与土壤类型空间分布冠层结构生态系统与水的关系流域水文状况生态系统微气候与能量平衡单株植物到冠层的气体交换与土地利用变化相关的潜在风险等一系列问题进行了分析并利用田间观测数据对每个过程的模拟结果进行了验证对气体交换过程而言尺度扩展从使用多孔仪进行单体叶片的气体交换观测开始到利用波文比和涡动相关技术开展冠层观测直到组合使用闪烁风速仪差分式光学吸收分光仪和空中探测器对综合景观的气体交换进行观测并采用一个基于过程的模型系统来连接不同尺度间的气体交换过程其中包括基于光合作用生化模型的单体叶片模型考虑叶片多光散射和异质分布的多种类冠层模型和带有逐点集总功能的景观模型等等人对单体松针和枝条的遮光效果进行了尺度扩展通过田间观测与模拟相结合的方法确定了茎杆流透冠雨最终冠层和流域尺度的森林蓄水量发现对森林冠层蓄水量的模拟估值要比基于降雨透冠雨回归关系所间接确定的相关值高出用于尺度扩展田间过程观测结果的集总式和分布式水文模型已被广泛用来评价森林和流域水文过程评价了种类型的森林水文模型黑箱模型集总式参数模型和分布式模型其中后两类模型是 根据流域水文过程推导出的经验模型与黑箱模型和集总式参数模型相比分布式模型考虑了流域不同水文单元和水流路径间的空间异质性可从时空尺度较好地描述相关的水文过程等人将空间分布式流域模型用于土壤二氧化碳和氮素转换的模拟对养分进入地表和地下水的平流扩散过程进行了研究等人评价了数据质量和聚集水平的差异对土壤水和氮素集总模型模拟结果的影响对地下水补给量和氮素淋洗量的观测与模拟结果进行对比后表明与平均气象资料和土地利用特性误差相比土壤单元图的集合具有相对较小的影响利用长期的平均气象资料会低估地下水的补给率在区域性植物吸氮研究方面等人使用组合数据群和分布式模拟方法评价了区域尺度的养分淋洗和地下水污染问题将基于传递函数推求的模型参数尺度扩展到田间和流域并在传递函数的构建中考虑了土壤类型植被类型和农业生产活动在流域内的区域分布性在地下水污染威胁人类健康的风险评估中应将物理模拟方法与区域尺度的健康风险评价方法相结合开展灌溉农业影响下的区域尺度经济评价据此制定合理的区域农业水质保护政策与管理策略在土地利用变化或管理措施对流域污染或景观用水影响评价模型的开发方面需考虑污染物对整体农业生态系统的影响讨论了作为生态评价基础的河流尺度转换的概念提出由于河流形态受到水沙传输的影响故工程面积的规模和采用的分析方法起着决定性的作用缺乏对生物的非生物的河流组分及其一定尺度下的变异性进行合理地评价常会忽略生态的完整性取决于河流过程尺度的事实作者采用两步法评价了不同时空尺度的生态完整性在尺度收缩阶段分别在流域区域河段当地点等尺度上分析了生物的和非生物的河流组分举例说明了质量平衡分析的重要性以及几何分形自相似理论在河床开发中的应用情况指出随着尺度的显著变化由各种分析方法得到的结果之间虽存在着明显差异却又相互依赖在尺度扩展阶段则整合和聚集来自尺度收缩阶段的结果得出有关生态完整性的总体结论对农田和农业区域用水效率的评价正朝着合理配置有限水资源的方向发展等人在评价稻田用水损失后发现整地阶段的用水和作物生长期内的田间侧渗与深层渗漏是造成水量损失的主要因素并探讨了增加田间用水效率和将农田节水尺度扩展到系统节水的相关策略流域全球从流域尺度扩展到全球尺度时需利用遥感技术并考虑使用具备模拟土地利用变化和气候变化异拟人影响的全球循环模型由于一个国家的土地利用效果以及采用的农业政策及生产实践活动往往会波及周边四邻甚至距离遥远的其他国家因此对从流域尺度扩展到全球尺度的转换问题开展研究已成为人类共同关注的全球性问题除全球气候变化问题外人口增长和适度营养等问题也是人类面临的重要课题讨论了与全球尺度扩展相关的普遍性内容和问题等人则例举了利用卫星成象和资料评价非洲生态系统变化趋势的结果主要研究方向及相关内容在水文学土壤学生物学生态学气象学农业经济学等诸多学科领域中国内外对相关尺度转换问题的研究已成为主流方向但国内对灌溉水文学尺度转换问题的研究还未引起足够的重视尚没有形成较为系统的研究方向及相关内容有关的研究成果较少基于上述相关研究进展评述综合国内外现有研究方向及发展趋势笔者提出与灌溉水文学尺度转换问题相关的主要研究方向及内容可系统地归纳为如下个方面供业内人士参考基于微观到宏观的尺度转换开展农田灌溉水循环过程农田生态系统耗水过程中各种微观尺度的物理化学生物微生物生理生态等自然过程的尺度扩展问题研究科学地表述作为整体景观系统重要组成内容之一的农业生产子系统的特性主要研究内容包括农田中的水分盐分养分肥分能量转化系统界面过程间的尺度转换土壤理化参数土壤水分养分盐分运移参数和地下水运动参数的尺度转换关系作物高效用水生理调控与作物需水耗水分异规律的尺度效应及转换提高灌溉水利用效率和作物水分生产效率的相关尺度效应转换方法等基于中观到全球的尺度转换开展从农田区域到全球的尺度效应与尺度扩展问题研究科学 地鉴别和评价农业生产系统对整体景观系统的影响作用主要研究内容包括节水灌溉条件下区域水循环与水转化过程的尺度效应区域与农田尺度旱情墒情监测与估算方法的尺度转换关系基于节水灌溉的区域水土环境与生态植被环境效应的尺度效果评估区域水资源优化配置与灌区动态配水间的尺度转换水循环和食物生产对区域和全球生态环境影响的尺度效应分析农业土地利用与灌溉用水管理变化条件下的流域水土环境污染与景观生态系统尺度评价模型改善灌排系统工程规划与设计的农田水土管理措施尺度效应评价用于时空尺度转换分析的空间信息数据库结构与信息管理模式等基于节水灌溉效果评估指标体系开展农业节水效果评价指标的尺度转换问题研究识别和评价不同尺度的节水潜力与效果和存在的问题主要研究内容包括在田间地块支斗级渠道控制面积灌区面积流域面积等不同尺度上应用节水灌溉措施产生的节水潜力与效果间的尺度差异分析不同时空尺度节水灌溉效果间的相互影响与尺度转换关系适用于节水灌溉尺度效应评价的水量平衡理论室内外观测方法和数学模拟手段考虑尺度效应和经济影响因素的节水灌溉效果评估指标体系局部与整体节水灌溉效果评估指标间的尺度转换关系应用适宜的评估指标开展不同尺度节水灌溉效果的综合评价方法等基于尺度转换分析方法和统计理论开发新的用于过程或特性观测的方法与采样技术改进监测和评价农业灌溉水量水质影响的尺度转换方法与手段主要研究内容包括适宜我国国情的基于非线性系统理论?等方法手段的高精度分布式水文模型提高统计自相似性理论和几何分形理论在解决尺度转换问题中的实用性利用地质统计学和空间变异函数理论分析区域参数变量特征与采样尺度间的关系利用技术动态监测不同尺度区域空间信息的方法与模式不同区域尺度特性影响因素的估算方法提高区域要素观测空间分辨率的先进尺度观测方法与手段等参考文献 ? 刘建梅裴铁　水文尺度转换研究进展应用生态学报茆智发展节水灌溉应注意的几个原则性技术问题中国农村水利水电陈亚新魏占民史海滨等世纪灌溉原理与实践学科前沿关注的问题灌溉排水学报康绍忠胡笑涛蔡焕杰冯绍元现代农业与生态节水的理论创新及研究重点水利学报董斌崔远来黄汉生等国际水管理研究院水量平衡计算框架和相关评价指标中国农村水利水电乔文军朱建强涝渍连续过程以时间为尺度的作物排水控制指标研究灌溉排水学报张永强刘昌明于强土壤植被大气系统水和热传输机理及区域蒸散模型中国科学院研究生院学报许迪李益农刘钰等基于需水和输配水模型与节水多准则分析的模型应用研究水利学报责任编辑吕斌秀'