王俊[1]2007年在《干旱内陆河灌区田间水分模拟研究》文中提出随着新疆社会经济的发展,农业需水量越来越大,加上水资源贫乏,时空分布不均,利用效率较低,严重的制约了新疆社会经济的发展。必须对灌区水资源进行高效配置,加强对灌区水分转化和消耗规律的研究。本文以阿克苏阿瓦提县丰收灌区为例,通过田间实验,分析现状灌溉条件下田间土壤水和地下水埋深变化过程。根据灌溉条件、作物生长及实验所得的包气带水分变化特点,将包气带土壤层划分为叁层:上层、下层和深层。以潜水蒸发作为地下水向土壤补充水分的转换器,以日为时段,建立田间土壤水分模拟模型,模拟灌溉水在田间的分配及土壤水分变化过程。本研究主要取得以下成果:1)用新安江模型中的蓄满产流模型和蒸散发模型以日为时段来描述灌溉水在田间的分配和土壤水分涨消过程。从田间土壤水分的涨消过程来看,模拟值与实测值变化趋势基本一致,绝对误差平均为15.1 mm,最大为23.5 mm;相对误差平均为5.8%,最大为9.3%;日含水量过程平均误差ABS为0.9%,含水量差ΔW为0.16,可见模型模拟效果较好;2)在整个生育期里,土壤水分随灌水下渗和蒸散发变化强烈,呈短期波动过程。地下水和土壤水转化活跃:灌水时,土壤水分迅速增加,灌水后,迅速减少。从一个灌水周期看,最大土壤储水增量约50mm(约占灌水量的30%)。土壤水含水量在垂向上随蒸散发和入渗消退速度快,灌水后1日土壤水分消退量约占储水增量的40%,可见土壤的调蓄能力明显不足;3)在干旱内陆河灌区,农作物生长主要依靠灌溉,降水可以忽略不计。通过对观测实验数据的分析,除灌水对土壤含水量影响很大外,降水对土壤的含水量影响也很大。多大降水才能对土壤含水量产生影响,这一问题还有待于研究和证实。
高跃[2]2013年在《基于HYDRUS模型的红壤坡耕地水分动态研究》文中研究表明坡耕地水分运动性质和动态规律是水分管理的重要依据,但其实际测定存在困难,这使得鄂南红壤坡耕地水土保持措施和季节性干旱防御措施有一定的盲目性。模型模拟土壤水分动态是一种较为常用的替代研究方法。本文研究了HYDRUS模型在鄂南红壤的适用性和模拟方法,探讨了作物生长期表土水分运动性质的变化,并模拟揭示了不同水土保持措施下红壤坡耕地部分水分动态特征。本文在红壤坡耕地上开展田间试验,设置了裸地、作物、作物+带状牧草、作物+作物生长期稻草覆盖、裸地+作物生长期稻草覆盖、作物+冬季稻草覆盖、作物+带状牧草+作物生长期稻草覆盖7种处理,时间为2011年和2012年夏玉米主要生育期。田间观测了气象数据、土壤含水量(5cm、15cm、30cm、45cm、60cm深度)、水分运动参数和作物生理指标,借助HYDRUS模型,模拟了玉米生育期的红壤水分动态。模拟进行了叁组：参数敏感性分析模拟、全期和分期的土壤水分动态模拟、稻草覆盖处理下的土壤水分动态模拟。通过分析实测数据和模拟数据得到以下结论：供试红壤坡耕地表层水分运动性质表现出明显的时间变异性。经历较大降雨之后,同吸力下表层土壤含水量和导水性出现一定程度下降,裸地处理的下降幅度要大于作物和作物+带状牧草两处理。红壤水分运动性质的改变,影响了坡耕地的水分循环,在土壤水分模拟和预测时必须予以考虑。HYDRUS模型输出项(土壤含水量、坡面径流、降雨入渗和蒸散发)对土壤水分运动参数最敏感,其次是作物参数、气象参数,最后是地形参数、根系吸水参数。因此,借助HYDRUS研究土壤水分动态时,需要准确获取和优化校准土壤饱和含水量(0s)、饱和导水率(Ks)、孔径指数(n)、进气值倒数(Alpha).降雨量、光照辐射通量和叶面积指数(LAI_等参数,这样才能提高模型的模拟效率和精度。在田间条件下,HYDRUS模型可以很好的模拟红壤坡耕地根系层土壤水分动态过程,体现了在这一地区的适用性。无论单纯的裸地处理、作物处理还是加入带状牧草和稻草覆盖的处理,各土层模拟土壤含水量与实测值的决定系数基本上在0.5以上,相对误差绝对值均在4%以下,均方根误差大部分小于0.03cm3/cm3。模型模拟结果具有较高的灵敏度,能够体现出不同处理的差异性。模拟稻草覆盖处理的土壤水分动态时,将稻草覆盖层看作是特殊的土壤介质层的方法,能够得到比将水汽通过稻草覆盖层的阻力考虑到蒸发强度计算中的方法更好的模拟结果。说明,HYDRUS模型可以用于研究和预测红壤坡耕地水分动态。考虑到表土水分运动性质的时间变异对模型输入土壤参数的影响,本文采用了全期和分期分别模拟土壤水分动态,结果表明分期模拟的效果要好于全期模拟,尤其是验证模型。裸地分期验证模型各土层模拟值与实测值的决定系数均在0.6以上,模型效率系数均在0.1以上,均方根误差和相对误差绝对值均较小,各项评价指标显着好于对应的全期模拟。这种模拟方法提高了红壤多雨期土壤水分模拟的精度和效率,可为类似地区的土壤水分动态模拟借鉴。实测和模拟结果表明,带状牧草等水保措施在集中降雨期对土壤含水量无明显影响,而干旱期影响显着。处理之间的深层土壤含水量差异较小,但表层含水量差异较大,裸地、作物和作物+带状牧草3种处理整个观测期表层5cm的土壤含水量实测平均值分别为0.1840cm3/cm3、0.2192cm3/cm3、0.2222cm3/cm3,3种处理的土壤含水量动态受气象影响依次减小,土壤含水量变异系数分别为33.19%、31.84%、30.40%。这一结果为坡耕地水土保持和季节性干旱防御提供了依据。
王桂玲, 高亮之, 王桂玲[3]1998年在《冬小麦田间土壤水分平衡动态模拟模型的研究》文中提出以实测的土壤水分资料为基础，辅以收集其它方面的研究材料，借鉴并吸收了Ｃｅｒｅｓ－Ｗｈｅａｔ中的土壤水分平衡思想，建立了冬小麦田间土壤水分平衡动态模拟模型。利用模型模拟了江苏省南北两地区冬小麦在拔节到成熟期间农田土壤含水量的时空变化。该模型与实测值相比，具有很好的一致性，其相关系数的平均值为０．８９，标准误差小于４．０％，并且北方地区比南方地区模拟效果更好些。还就麦田实测资料进行了不同生育期水分适宜状况的评定。
彭亮[4]2004年在《田间土壤水分模拟模型研究》文中提出在额尔齐斯河流域薄层砂性土壤的农田内，2002～2003年进行田间试验，观测灌溉水量、逐日土壤含水量和地下水位埋深，分析现状灌溉条件下田间土壤水和地下水位埋深的变化过程，研究在地下水位浅埋条件下薄层砂性土壤水分的变化规律。以物理概念为基础，尝试将水文模型应用在田间尺度上，对田间水分下渗、蒸散发过程进行概化，建立田间土壤水分模拟模型，模拟灌溉水在田间的分配。利用田间试验区2003年的灌溉水量、常规气象资料和前期土壤含水量，以日为时段对土壤水分变化过程进行模拟研究。由土壤含水量实测值与模拟值对比结果显示，二者随灌溉过程变化的趋势基本一致，说明田间土壤水分模拟模型在田间应用效果较好。通过模拟土壤水分的日变化过程，从而可以验证和改善作物灌溉制度，根据作物生长阶段的根区土壤层厚度、时段内的作物需水量和土壤水分状况预报灌水时间和需灌水量，在指导农田灌溉中具有简单实用的价值。
赵运革[5]2017年在《不同灌水处理条件下蓄水坑灌苹果树根系分布与土壤水分动态研究》文中提出随着社会经济发展与人们生活水平提高,苹果在人们生活中的重要性逐渐显现,苹果营养丰富,是人们生活的不可或缺的食品之一,由此,苹果也成为我国农业种植结构的重要组成部分之一。但由于干旱问题的存在,严重影响了苹果的产量和品质。蓄水坑灌法是一种解决北方干旱问题的中深层立体果林灌溉新方法。进行不同灌水处理,调控适宜的土壤水分是蓄水坑灌苹果高产与高质的基础。为此,论文采取田间试验和理论分析与模拟相结合的研究方法,以地面灌溉(DM)为对照,设置叁个灌水处理(土壤壤含水率控制在田持的50%-80%(W1)、60%-90%(W2)、70%-100%(W3)),对蓄水坑灌条件下苹果树根系分布与土壤水分动态进行研究,主要研究结果如下:1、蓄水坑灌不同灌水处理灌前土壤含水率分布规律一致,均为随着深度的增大而增大,各处理灌前土壤含水率关系为W1
程慧娟[6]2010年在《垂直线源灌溉土壤水分运动与葡萄生长特性的试验研究》文中研究表明垂直线源灌可将水分直接输送到果树的根系,减少土面蒸发损失,以提高水分利用效率,所以对我国极端干旱地区垂直线源灌下土壤水分运动和葡萄生长特性的研究具有重要科学和应用价值。本文在总结国内外土壤水分运动特性及灌溉技术研究成果的基础上,采用理论分析与室内外试验相结合的方法,对垂直线源灌下土壤水分运动和葡萄生长特性进行了较为系统地研究,得到如下结论：1.垂直线源入渗结果显示累积入渗量与时间的关系符合Philip入渗模型的形式；在同一时刻,累积入渗量随着线源长度、线源直径和线源间距的增加而增大,并得出相应经验公式；交汇入渗的累积入渗量小于自由入渗的累积入渗量,田间土壤的累积入渗量大于均质土壤的累积入渗量。2.均质土壤自由入渗试验表明,垂直线源入渗的湿润范围均呈椭球形；湿润宽度随线源直径和供水历时的增加而增加；湿润深度随线源长度和供水历时增加而增加。均质土壤交汇入渗试验表明,交汇面处的湿润体呈椭球形；交汇面处的湿润宽度随着线源长度的增加无明显变化,随着线源间距的增加而减小,随着供水历时的增加而增大；湿润深度随着线源长度和供水历时的增加而增加,随着线源间距的增加而减小。田间土壤自由入渗试验表明,垂直线源入渗的湿润范围均为椭球体；湿润宽度随着线源直径和供水历时的增加而增加,但在线源直径为3cm时湿润宽度达到最大,不再随线源直径而增大,在供水历时为360min时湿润宽度达到最大,不再随供水历时而增大；湿润深度随着线源长度、线源直径和供水历时的增加而增加,且田间土壤的湿润范围均大于均质土壤的湿润范围。3.均质土壤自由入渗试验表明,土壤表面水平湿润半径和最大水平湿润半径随线源直径的增加而增加；土壤垂直湿润深度随着线源长度的增加而增加；表面水平湿润半径、最大水平湿润半径和垂直湿润深度与时间的平方根呈现线性关系,并得出经验公式；得出不同线源长度、不同线源直径土壤表面水平湿润半径与最大水平湿润半径的比值和时间平方根关系的经验公式和不同线源长度、不同线源直径土壤表面水平湿润半径与垂直湿润深度的比值和时间平方根关系的经验公式。均质土壤交汇入渗试验表明,表面水平湿润半径的变化特性与均质土壤自由入渗下的一致。田间土壤自由入渗试验表明,土壤表面水平湿润半径随线源长度和直径的增加而增大；土壤表面水平湿润半径与时间的平方根呈现线性关系,并得经验公式。4.均质土壤自由入渗试验表明,随着深度的增加含水量都呈现先增后加减少的趋势；达到最大含水量时的深度随着线源长度的增加而增加,线源直径和供水历时对其影响甚微；在同一位置,土壤含水量随着线源直径和供水历时的增加而增大,但增大的幅度逐渐减小。均质土壤交汇入渗试验表明,土壤含水量的分布特性在自由区与均质土壤自由入渗试验得出的结论一致；在交汇区,随着线源间距的增加,同一位置的含水量在逐渐减小。田间土壤自由入渗试验表明,随着深度的增加含水量都呈现先增后加减少的趋势,表面的含水量最小,深度在1Ocm-40cm的含水量相差不大,深度大于40cm时,含水量随着深度的增加而减小；随着线源长度、线源直径和供水历时的增加含水量略有增加。同一位置,均质土壤的含水量相对增加量大于田间土壤。5.垂直线源灌不同灌水量的研究表明：与对照地面灌相比,高水处理的亩产量减少了22.2%,单粒重减少了19.4%；中水处理的亩产量减少了35.3%,单粒重减少了29%；低水处理的亩产量减少了58.1%,单粒重减少了35.5%；说明高水处理优于低水和中水处理。垂直线源灌不同线源布置方式的研究表明：亩产量和单粒重均表现为6-20>4-20>6-40>4-40,说明六管布置线源长度20cm优于其他处理。不同灌水技术的研究表明：与对照地面灌相比,垂直线源灌的亩产量增加了14.8%,单粒重增加了2.7%；滴灌的亩产量增加了3.9%,单粒重减少了22.6%；小管出流的亩产量减少了37.85%,单粒重减少了24.6%；说明垂直线源灌优于其他处理。
李祯[7]2017年在《河套灌区春玉米—土壤系统对不同水氮运筹模式的响应及DSSAT-CERES-Maize模型的适用性研究》文中提出内蒙古河套灌区位于黄河中上游地区,是我国北方重要的粮食生产基地。玉米作为河套灌区重要的粮食作物之一,其种植面积比例占到14.5%。多年来,当地为追求高产而过量灌水并大量施用氮肥,导致水氮利用率低下,增产效益明显下降。由于不合理的水氮运筹模式而引发的一系列生态环境污染问题和资源浪费问题阻碍了河套灌区发展"环境友好型"和"资源节约型"农业生产的道路。因此制定合理的水氮运筹方案对河套灌区实现节水、节肥、高效、稳产和环保的最终目标具有重要意义。本研究连续两年在河套灌区开展田间试验,采用随机区组设计,共设置15个水氮运筹模式。探讨分析春玉米—土壤系统对不同水氮运筹模式的响应。运用DSSAT-CERES-Maize模型模拟不同水氮运筹模式下的可获得籽粒产量。最终确定出能够兼顾高产高效、环境友好和资源节约的最优水氮运筹模式。本试验主要研究成果如下:(1)各处理的干物质累积增量在春玉米全生育期内呈现出"S"型变化趋势。在春玉米抽雄-灌浆期达到最大。春玉米生育期内,其净光合速率、蒸腾速率、LAI和SPAD值均表现为先升高后降低的单峰变化趋势,峰值均出现在抽雄期。适宜的灌水定额及施氮量可显着提高春玉米叶片的净光合速率,同时可延长叶片的光合功能期。处理W2N3(灌水定额:750m3·hm-2,施氮量:240kg·hm-2)的水氮运筹模式有效缓解了 LAI和SPAD的下降速率,有利于提高光合性能、延缓叶片衰老,为春玉米高产提供保障。(2)2014和2015年各施氮处理的增产率随施氮量的增加而大幅提升(灌水定额一定);随灌水定额的增加而小幅降低(施氮量一定)。当灌水定额达到750m3·hm-2,施氮量达到240 kg·hm-2时,继续增加灌水量及施氮量,增产效果不显着。当灌水定额一定时,各水氮处理的水分利用效率和灌溉水利用效率均随施氮量的增加而有所提高;而当施氮量一定时,各水氮处理的水分利用效率和灌溉水利用效率随灌水定额的增加而有所降低。当灌水定额一定时,各水氮处理的氮肥利用率和氮肥偏生产力的整体变化趋势为随施氮量增加而降低;而当施氮量一定时,各水氮处理的氮肥利用率和氮肥偏生产力的整体变化趋势为随灌水定额的增加而提高。(3)各施氮处理在地下0-100 cm 土层内的土壤NO3--N累积量随灌水定额和施氮量的增加而递增。并且随着生育期的推进各土层内NO3--N有明显向下迁移迹象。地下0-80 cm 土层内,各施氮处理同一灌水定额下由施氮量的增大而引起的NO3--N累积量的增长幅度大于同一施氮量条件下由灌水定额的增大而引起的NO3--N累积量的增长幅度。同一灌水定额下,土壤NH4+-N累积量随施氮量增加而增大;同一施氮量水平下,不同灌水定额处理间的土壤NH4+-N累积量差异不明显。2014年各水氮处理地下0-100 cm 土层内土壤NO3--N累积量占无机氮累积量的81.54%～83.61%;2015年各水氮处理地下0-100 cm 土层内土壤NO3--N累积量占无机氮累积量的81.70%～85.86%。各水氮处理的土壤N03--N累积量均远远大于其土壤NH4+-N累积量。(4)0-40 cm 土层内,对比第一次灌水前后NO3--N浓度发现,随着施氮量的增加,W1水平下NO3--N浓度两年的平均增幅远低于W2和W3水平下NO3--N浓度两年的平均增幅。随着灌水定额的增加,N1、N2水平下的NO3--N浓度平均增幅远低于N3、N4水平下的NO3--N浓度平均增幅。与0-40 cm 土层内的各处理相比,40-80 cm 土层的各处理NO3--N浓度整体下降,但整个生育期内淋溶水中NO3--N浓度的变化趋势与0-40 cm埋深内相一致。80-120 cm 土层内,施氮量、灌水定额以及两者的交互作用对NO3--N淋失量的影响呈极显着。当灌水定额一定时,2014和2015两年的NO3--N淋失量随着施氮量增加而递增,淋失率随着施氮量的增加而而先增大后减小;当施氮量一定时,N03--N淋失量及淋失率均随着灌水定额的增加而增大。(5)2014和2015两年同一处理追肥后的氨挥发速率峰值均大于该处理施入基肥后的氨挥发速率峰值。追肥后氨挥发速率峰值比施入基肥后的氨挥发速率峰值分别高出63.31%和62.06%。施氮量、灌水定额以及两者的交互作用均对NH3-N损失量具有极显着影响。叁者对田间土壤氨挥发损失量的影响表现为施氮量>灌水定额>两者的交互作用。2014和2015两年各施氮处理施入基肥后平均氨挥发损失量为5.71～13.95 kg·hm-2。2014、2015两年各施氮处理追肥后平均氨挥发损失量为8.70～18.66 kg·hm-2。2014年各施氮处理氨挥发总损失量为13.90～32.21 kg·hm-2。2015年各施氮处理氨挥发总损失量为15.45～32.99 kg·hm-2。(6)DSSAT-CERES-Maize模型对春玉米物候期、最终地上部生物量及籽粒产量的模拟结果精度较高。DSSAT-CERES-Maize模型对土壤水分含量的模拟效果良好,各处理土壤体积含水率的模拟曲线与实测值的变化趋势一致。随着灌水定额的提高,模型对土壤水分的模拟更加精确。DSSAT-CERES-Maize模型对地上部生物量及LAI动态变化的模拟精度相对较低。对可获得籽粒产量进行敏感性分析可知,当灌水定额达到85mm或施氮量达到280kg·hm-2后,可获得籽粒产量不再随二者的增大而增加。(7)综合各水氮运筹模式下春玉米—土壤系统内各项指标的实测数据,处理W2N3(施氮量为240 kg·hm-2;灌水定额为750 m3·hm-2)在节水、节肥、稳产的情况下,能够保持较高的水氮利用率,同时对地下水及大气造成的氮污染程度较低,故处理W2N3是试验区内能够兼顾高产高效、环境友好和资源节约的最优水氮运筹模式。DSSAT-CERES-Maize模型筛选出的最优水氮运筹模式是施氮量为280 kg·hm-2,灌水定额为85 mm。
黄传琴[8]2008年在《干湿交替过程中土壤胀缩特征的试验研究》文中研究指明土壤在干湿交替的过程中会发生胀缩现象。土壤的膨胀收缩影响孔隙的分布,因而也可能使水分特征曲线发生改变。同时,土壤收缩过程中产生的裂隙为优先流的形成创造了条件,从而影响土壤水、溶质的运移。对胀缩过程中产生的裂隙的大小、几何形状的评定对土壤表面入渗和土壤中的水分再分布很重要。为了更好地研究膨胀性土壤干缩湿胀过程中水分、溶质运移以及土壤胀缩对土壤水力特性和水文方面的影响,采用简单可靠的研究方法,选择合适的胀缩模型至关重要。本文用特制的试验装置研究了不同质地的扰动土的胀缩特性,以其为基础进而对更有实践意义的原状土壤为研究对象,对比土壤胀缩过程中有无裂隙产生的胀缩特征曲线,进一步对土壤胀缩特性进行了的研究。主要结果如下:(1)扰动土膨胀与收缩过程中比容积和质量含水量的关系曲线均可以分为滞留段、正常段、结构段,叁直线模型能够较好地拟合其收缩和膨胀特征曲线。土壤收缩、膨胀曲线各段的特征值均小于1,即土壤胀缩过程中土壤容积的变化速率小于含水量的变化速率而。原状土壤实测土壤收缩曲线中除了可以观测到滞留段、正常段、结构段,在含水量较高时还可以明显地观察到“伪饱和”收缩段,即田间土壤并不能完全达到真正的饱和。(2)不同质地原状土壤不同高度处理的实测干燥收缩曲线在高含水量处可以观测到“伪饱和收缩段”,且土壤质地越轻、土层厚度越薄,土壤干燥收缩曲线高含水量的“伪饱和”收缩越明显。原状土壤的饱和含水量、饱和时的比容积受采样容重的影响,即采样容重越大,饱和含水量越低,饱和时的比容积越小,土壤的饱和容重越大。土壤的饱和含水量及吸水饱和时的比容积随土柱高度的增加基本呈降低趋势。与扰动土对比,由于原状土良好的结构使得原状土干燥收缩量小于扰动土的收缩量,而原状土相对吸水膨胀量大于扰动土。田间土壤质地越粘,土壤的胀缩性越好,且原状土比扰动土的胀缩性好。(3)考虑土壤胀缩裂隙时田间土壤(以黑垆土为例)的收缩曲线较复杂,但从整体上看,供试土壤收缩曲线可以分为滞留收缩段、正常收缩段、结构收缩段,伪饱和段。而膨胀曲线仍符合“S”形状。湿润土壤干燥收缩时先只有土面下沉,随着干燥过程的不断进行土壤内部的应力不断增加,土壤收缩过程中逐渐产生裂隙,裂隙面积随着含水量的减少不断增加,土壤干燥收缩后期,土壤裂隙增加变缓,土壤收缩不明显。当干燥的土壤湿润时,最初阶段因为裂隙的存在,土壤容积的增加是3维的,当土壤的裂隙弥合后,土壤容积的增加则是1维的,只有土面的上升。土壤的胀缩是各向异性的。(4)根据非连续直接测定的土壤收缩曲线的实测数据,采用分段拉氏插值法获得的连续曲线是可靠的,能够描述土壤的实际收缩过程。扰动土的收缩膨胀曲线可以用经典的叁直线模型进行拟和,而原状土壤的收缩特征曲线可以分为滞留段、正常段、结构段和伪饱和段,且土壤质地越轻、土层厚度越薄,土壤干燥收缩曲线高含水量的“伪饱和”收缩越明显。田间土壤的收缩膨胀是各向异性的。另外,提出了一种简单的获得连续土壤收缩曲线的分段拉氏插值法。本研究为土壤胀缩过程的定量研究打下基础,并为土壤中优先流和污染物迁移研究提供科学支撑。
杜金龙[9]2009年在《干旱盐渍区非饱和—饱和带水盐耦合模拟与调控》文中提出焉耆盆地深处西北腹地新疆天山南麓，属大陆性干旱气候，拥有内陆最大淡水湖—博斯腾湖(简称博湖)。自20世纪50年代开辟为农垦区以来，不合理的灌溉方式、不完善的排水系统及大规模地表引水，导致地下水位急剧上升、博湖淡水收入减少，兼之特殊的气候与土壤条件，产生土壤次生盐渍化、地下水环境恶化及博湖水环境退化在内的一系列严重生态环境问题。为缓解乃至最终解决上述问题，应深入研究土壤水、地下水中水盐时空分布规律，构建符合实际的地下水流及溶质运移模型，提出合理的水盐宏观调控方案。论文首先分析焉耆盆地第四系土壤水、地下水含水介质岩性及水盐时空分布规律；利用HYDRUS1D软件构建一维非饱和—饱和水分及溶质运移模型(以典型区水盐监测点为例)，设计合理的田间灌溉与洗盐制度；绘制研究区不同深度土壤岩性分区和地下水位埋深分区图，进行区域非饱和带综合分区，选取代表性土壤剖面确定非饱和—饱和带水盐交换关系，作为饱和地下水系统上边界条件，构建区域非饱和—饱和水流及溶质运移耦合数值模型；虚拟不同的水土利用方案，利用数值模型预测地下水流场及化学场变化趋势，确定研究区合理的水盐宏观调控模式，提出土壤盐渍化防治具体建议。得出如下主要认识与结论：1．第四系地下水含水系统包括山前潜水和平原承压—无压2个子含水系统；流动系统分为区域、中间和局部3级，区域流动系统包含4个中间流动系统。地下水自山前向博湖汇流，水位1140～1050 m，水力梯度2～0．5；水位动态以灌溉—蒸发型为主。地下水矿化度主要介于0～50g／L，自山前向博湖递增，且河流沿岸较低，排渠附近较高；按舒卡列夫分类法，地下水化学类型从西部、北部山前低矿化重碳酸盐型渐变为湖滨高矿化硫酸盐一氯化物型，东部、南部属高矿化硫酸盐一氯化物型或氯化物型。2．确定土壤岩性空间分布规律，绘制不同深度土壤岩性区划图及岩性组合类型区划图。土壤岩性从山前至博湖逐渐变细，依次为砂卵砾石、中一细砂、粉砂与粉细砂、粉土和粉质粘土；岩性剖面呈明显上细下粗特征，且越向盆地外缘上部细粒土厚度越薄。3．探讨不同土地类型土壤水盐时空分布规律。灌期耕地上层土壤水分增加明显，荒地水分变化不大，深部略有上升。耕地浅层水分动态曲线随灌溉同步波动，深部变化不大；荒地水分变化平稳。表层盐分从山前向博湖递增，开都河沿岸低于周边；据含盐量大小、变异性与表聚性，盐分剖面分为均布型、表聚型和振荡型。耕地盐分动态曲线分为春灌交替脱盐积盐期(4～7月)、相对稳定期(8～9月)及冬灌后积盐期(10～3月)。土壤盐分组成以SO_4~(2-)(约40％)和C1~-(约20％)为主；盐渍化类型以氯化物—硫酸盐为主：盐渍化程度荒地高于耕地，前者以盐土为主，后者以强盐渍化和中度盐渍化为主。4．建立地下水浅埋典型区一维土壤水分及溶质运移数值模型，提出可行的田间灌溉制度建议。土壤水分补给量与排泄量分别为1187．1mm／a、1039．0mm／a，补给量以灌溉入渗为主(占91．8％)，排泄量以土壤水渗漏为主(占74．6％)；水分储量变化不足5％，调蓄能力有限。土壤盐分补给量与排泄量分别为1210g／m~2／a、5322g／m~2／a，补给量以灌溉带入为主(占50．2％)，排泄量以土壤水渗漏为主(占99．4％)；盐分储量减少30％，呈明显脱盐状态。利用识别后数值模型预测土壤水盐变化趋势，确定800mm／a为最佳灌溉及洗盐定额，并依据作物生长规律提出可行的田间灌溉制度建议。5．根据土壤岩性、地下水位埋深及灌区分布状况，对研究区非饱和带进行综合分区。按地下水埋藏状况，可分为地下水深埋区(水位埋深大于3m)与浅埋区(水位埋深小于3m)。灌区地下水浅埋时土壤水与地下水间水盐双向运动，地下水深埋时仅存在土壤水单向补给地下水；非灌区地下水浅埋时仅存在地下水单向补给土壤水，地下水深埋时土壤水与地下水间不存在水盐交换。综合土壤岩性分区图、地下水位埋深图及灌区分布图，研究区划分为18个非饱和带综合分区，在土壤水与地下水存在水盐交换的14个区设置代表性土壤剖面S1～S14。利用HYDRUS1D软件建立土壤剖面S1～S14水流及溶质运移模型，计算非饱和—饱和带水盐交换量。灌区地下水浅埋时，地下水接受土壤水补给率为591～966mm／a(约占灌水49％～80％)，通过土壤层进行的蒸散排泄率为391～1065mm／a；灌区地下水深埋时，地下水接受土壤水补给率为172～389mm／a(约占灌溉量14％～32％)。非灌区地下水浅埋时，地下水通过土壤层进行的蒸散率约为123～145mm／a。土壤岩性越细，地下水接受补给量与蒸散排泄量越大。土壤水与地下水间盐分交换量受水流通量、土壤含盐量、灌水矿化度和潜水矿化度影响。6．进行区域地下水水盐均衡分析，构建了非饱和—饱和水流及溶质运移耦合数值模型。地下水水分补给量为11．051×10~8m~3／a，以侧向径流(40．42％)和渠系渗漏(38．47％)为主；水分排泄量为11．006×10~8m~3／a，以蒸散发为主(52．40％)，其次为排渠排泄(20．38％)与河流排泄(15．28％)，人工开采量较小(8．4％)。盐分补给量为253．897×10~4t／a，以渠系渗漏为主(50．23％)，侧向径流(27．92％)和灌溉入渗(20．26％)次之；盐分排泄量为255．615×10~4t／a，以排渠排泄(33．61％)与潜水蒸散(32．71％)为主，人工开采很少(6．4％)。非饱和—饱和数值模型以潜水面作为耦合界面(土壤水下边界、地下水上边界)，实时计算非饱和—饱和带水盐交换量；从而提高了地下水上边界源汇项的计算精度，提高了数值模型的仿真程度。7．利用识别后地下水耦合模型，预测现状方案下地下水水位及矿化度变化趋势，观测孔水位预测结果显示：地下水深埋区曲惠乡和乌什塔拉回族乡，水位逐年上升；浅埋区乌拉斯台农场、包尔海乡和查汗诺尔乡等地水位年际变化不大，年内波幅增加，受灌溉影响明显。区域流场预测结果显示：和硕县水位明显上升(0～0．30m／a)，博湖西部沿岸、开都河下游(焉耆县以南)、黄水河两岸、清水河沿岸及博湖南部局部水位下降(0．03～0．11m／a)，其余地区变化不大。观测孔矿化度预测结果显示：大部分孔地下水矿化度上升，尤其21团、七个星镇和特尔里克镇等地。区域化学场预测结果显示：博湖西部、西北部广大平原地区，和硕县曲惠乡和乌拉斯台乡一带，南部局部地带以及博湖环湖地带，地下水矿化度均上升。8．虚拟水土开发方案，预测地下水水位及矿化度趋势，确定合理的水盐宏观调控模式。地下水开采量由0．924×10~8m~3／a增加到4．056×10~8m~3／a，其他条件保持不变，作为规划方案Ⅰ：在方案Ⅰ基础上，将田间灌溉定额减少至800mm／a，得到方案Ⅱ。方案Ⅰ的目标在于改变地表水与地下水联合调度中两者相对份额，减少渠系引水损失，改善地下水位状况；方案Ⅱ则在继承方案Ⅰ优势基础上，实现节水灌溉，进一步控制地下水水位上升及水质咸化趋势。从预测结果看，规划方案Ⅰ、Ⅱ与现状方案相比，地下水水位及矿化度均出现下降，且方案Ⅱ效果优于Ⅰ。从长期趋势看，方案Ⅱ地下水位逐年下降并趋于稳定，基本控制矿化度上升势头。可选择方案Ⅱ作为合理的水盐宏观调控模式。同时为保证地下水流场稳定，对局部地区地下水开采进行调整：包尔海农用灌溉水源地适当下调现有地下水开采量，东北部89800部队适当上调地下水规划开采量。9．提出土壤盐渍化防治措施。灌溉水来源上，增加地下水开采量(由0．924×10~8m~3／a增加到4．056×10~8m~3／a)，减少地表水引水量；灌溉制度上，按照800mm／a灌溉定额进行节水灌溉，并对灌溉定额按作物生长阶段合理分配；灌溉方式上，土壤盐渍化区采用沟灌或大水喷灌，微咸水灌溉区采用滴灌，地下水深埋和土壤透水性能好地区采用渗灌；排水方式上，地下水深埋区采用井灌井排法压盐，浅埋区加强水平排盐强度、加深排渠深度、采用多级明渠与暗管结合排水排盐。同时配套采用生物改良、物理改良及化学改良等措施。本文特色和创新在于：(1)进行了焉耆盆地不同深度土壤岩性分区及土壤剖面岩性组合类型分区；(2)基于土壤岩性、地下水位埋深及灌区分布，进行区域非饱和带综合分区，模拟计算了各分区非饱和—饱和带水盐交换量；(3)以地下潜水面为耦合界面，构建并识别了区域非饱和—饱和水流及溶质运移耦合数值模型；(4)基于现状及虚拟水土开发方案，预测地下水水位及矿化度变化趋势，提出了合理可行的水盐宏观调控模式，给出了具体的土壤盐渍化防治建议。
李建文[10]2014年在《畦灌灌水过程模拟与灌水参数优化研究》文中进行了进一步梳理农业是传统用水大户，农业用水量占全国用水总量的63.4%，然而农田灌溉水有效利用系数却十分低下，仅为0.523。节约农业用水是应对我国当前日益严重的用水供需矛盾的有效途径，对于缓解众所周知的水资源危机有着重要意义。2012年11月，国务院办公厅印发《国家农业节水纲要》(2012-2020年)，强调把节水灌溉作为经济社会可持续发展的一项重大战略和发展现代农业的一项根本性措施,因此，农业节水任重道远。畦灌是我国农田灌溉中应用最广泛的地面灌水方法，在山西省等北方地区尤为常见。目前畦灌灌水效率仍然很低，提高畦灌灌水效率对推进我国节水灌溉有重要意义。本论文在对山西省畦灌田间水利用系数的现状进行测算分析基础上，采用理论分析、数值计算与田间试验相结合的研究方法，对畦灌灌水过程、灌水质量指标和灌水技术参数优化进行系统研究，结果如下：1、根据山西省灌区特点，选择了叁个不同水源类型的灌区作为实测地段，对田间水利用系数现状和影响因素进行(单因素)分析，结果表明：影响田间水利用系数的主要因素分别为灌水定额、土壤质地、畦块大小和土壤计划湿润层深度；在一定质地及灌水定额条件下，田间水利用系数与畦幅数呈线性正相关，在选定根系层或湿润层范围内田间水利用系数随计划深度的加大而增大，二者之间的关系符合对数函数；田间水利用系数随灌水定额单因素增大而逐渐减小，二者之间呈现较为明显的对数关系；当土壤计划湿润层深度一定，畦幅数在一定的范围内，相同灌水定额条件下，土壤质地为粘土的畦块田间水利用系数大于壤土畦块的田间水利用系数，而壤土畦块的田间水利用系数又大于砂土畦块的田间水利用系数，且差别较为显着。2、通过分析最小二乘支持向量机的特点，建立了基于最小二乘支持向量机的田间水利用系数预测模型和田面糙率预测模型。田间水利用系数模型仅需输入畦长、畦宽、田面坡度、单宽流量和灌水定额5个比较容易获取的参数便可预测田间水利用系数，模型的预测最大相对误差为11.98%，可以用于田间水利用系数预测；建立的两类4个基于最小二乘支持向量机的田面糙率预测模型，均可用于田面糙率预测，特别是第二类LSSVM-N-II模型不需要区分地块类型，具有统一的输入输出，有较高的易用性。3、根据畦灌灌水过程中水流沿田面运动和水分下渗的特点，构建了零惯量模型和二维土壤水分运动方程耦合的畦灌灌水数学模型，分别采用欧拉积分法和有限元法对零惯量模型和土壤水分运动方程进行求解。模型通过内部耦合，采用迭代法实现了零惯量模型和土壤水分运动方程的有效耦合，模型能模拟畦灌灌水水流推进过程、水流退水过程和土壤水分分布特性。并通过实测黏土、壤土、砂土叁类畦田的灌水过程和灌水指标，对畦灌水流运动模型进行验证，结果表明本文所建立的零惯量与土壤水分运动耦合模型可以很好的模拟畦灌水流运动过程、畦田土壤水分运动和灌水质量指标，说明本文所建模型是正确的。4、基于畦灌条件下零惯量模型和土壤水分运动耦合模型，建立了畦灌灌水技术参数多目标优化模型，采用网格搜索法对其进行求解，并进行了优化结果分析，结果表明在本文模拟条件下田间水利用系数和灌水均匀度均随着单宽流量、灌水定额和田面坡度呈先增大后减小的变化规律，最优灌水定额为35-45m3/亩，单宽流量为0.0035-0.0055m2/s，田面坡度为0.003-0.005。
参考文献：
[1]. 干旱内陆河灌区田间水分模拟研究[D]. 王俊. 新疆农业大学. 2007
[2]. 基于HYDRUS模型的红壤坡耕地水分动态研究[D]. 高跃. 华中农业大学. 2013
[3]. 冬小麦田间土壤水分平衡动态模拟模型的研究[J]. 王桂玲, 高亮之, 王桂玲. 江苏农业学报. 1998
[4]. 田间土壤水分模拟模型研究[D]. 彭亮. 新疆农业大学. 2004
[5]. 不同灌水处理条件下蓄水坑灌苹果树根系分布与土壤水分动态研究[D]. 赵运革. 太原理工大学. 2017
[6]. 垂直线源灌溉土壤水分运动与葡萄生长特性的试验研究[D]. 程慧娟. 西安理工大学. 2010
[7]. 河套灌区春玉米—土壤系统对不同水氮运筹模式的响应及DSSAT-CERES-Maize模型的适用性研究[D]. 李祯. 内蒙古农业大学. 2017
[8]. 干湿交替过程中土壤胀缩特征的试验研究[D]. 黄传琴. 西北农林科技大学. 2008
[9]. 干旱盐渍区非饱和—饱和带水盐耦合模拟与调控[D]. 杜金龙. 中国地质大学. 2009
[10]. 畦灌灌水过程模拟与灌水参数优化研究[D]. 李建文. 太原理工大学. 2014
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