河套灌区典型区土壤水-地下水动态与转化关系研究

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。运用水量平衡法对地下水浅埋区农田土壤水与地下水的转化关系进行定量研究,结果表明：生育期内农田土壤水分变化属于“灌溉降水入渗补充-腾发消耗型”;受灌溉影响,不同时期地下水埋深动态具有显著的灌溉型特征,土壤水渗漏补给地下水明显抬升地下水位,地下水排水和潜水蒸发又降低地下水位;在作物生育期内,土壤水与地下水进行双向补给,且不同时期具有不同的转化特征;研究区2年生育期内灌溉降水补给土壤水分别为544.56mm和541.85mm,平均腾发量为465.5mm和434.8mm,土壤储水量减少61.96mm和63.1mm,土壤水补给地下水为207.73mm和236.94mm。研究可为当地及相近地区农业节水灌溉提供科学依据。     

基于水平井技术的农田排水数值模拟研究

为了改良盐渍化土壤,合理开发浅层咸水资源,以华北滨海盐渍化土壤及浅层地下水为研究对象,通过建立Hydrus-Modflow耦合模型,利用水平井试验区实测土壤、气象、抽水试验数据等资料,探讨了水平井不同排水方式下地下水位的动态变化特征。结果表明,在天然状态下试验区地下水蒸发深度在2.5 m左右;以降低潜水位至临界深度为控制标准,单条水平井可以控制土地面积约6.67 hm~2;并且控制范围随着年抽水量呈现同步增长;同时,连续型和间歇型排水均能有效降低地下水位,使得包气带水分通量总体向下运行,土壤盐碱化得到有效控制。     

砂姜黑土区有无作物生长土壤水与地下水转化关系研究

为研究砂姜黑土区有无作物生长条件下土壤水与地下水的转化关系,采用五道沟实验站蒸渗仪1991-2015年10-5月份小麦生长期及同期裸地不同地下水埋深水平下蒸发和入渗实测资料,分析了不同下垫面条件下潜水蒸发量、入渗补给量和潜水补耗差随地下水埋深变化规律。结果表明:小麦生长条件下,潜水蒸发主要发生在2.5 m以浅,裸地潜水蒸发主要发生在0.4 m以浅,且其均随地下水埋深增加而递减;裸地累积入渗补给量大于小麦地累积入渗补给量,均随地下水埋深增大而减小,裸地与小麦地累积入渗量之间差值随地下水埋深的增大呈先增加后减少趋势,在2～3 m时小麦地蓄水能力最大;在种植小麦条件下,潜水补耗差与地下水埋深呈对数关系,土壤水与地下水转化量的均衡临界埋深为1.62 m,地下水埋深小于1.62 m,潜水消耗起主导作用,地下水向土壤水转化,大于1.62 m,土壤水补给地下水,裸地条件下土壤水与地下水转化量的均衡临界埋深0.2～0.5 m之间。土壤水与地下水的转化受作物和均衡临界埋深共同影响。     

不同地下水埋深条件下农田潜水蒸发试验研究

不同潜水埋深下裸地逐旬日平均潜水蒸发过程表现为:夏季最强,春季和秋季较弱,冬季最弱。随着地下水埋深的增加,潜水蒸发量呈现降低的趋势。裸地累计潜水蒸发量随埋深增大而减少,二者符合幂函数关系。当潜水埋深较小时,潜水蒸发与直径20 cm蒸发皿的水面蒸发量的关系接近直线,随着埋深加大,当水面蒸发强度增大到某种程度,曲线的斜率逐渐变小。降水对裸地潜水蒸发的影响主要是2个方面的作用:有降水时大气蒸发能力接近于零,同时降水补给了土壤水而削弱了毛管作用从而降低了潜水蒸发。     

生态脆弱草原区地下水位对降水要素变化的响应

降水是生态脆弱草原区地下水系统的关键补给源,研究地下水位对降水强度、降水次数等降水要素的响应特征对揭示草原生态系统"四水"转化规律具有一定的指导意义。以锡林浩特市典型草原为研究区,基于M-K检验将地下水位长时序变化过程划分为浅埋期和深埋期,通过Poisson分布模型及其改进模型分析降水强度、降水次数等降水要素的时序演变规律,定量研究地下水位对不同降水要素的响应程度。研究结果表明,锡林浩特市各个观测井地下水位呈逐年下降趋势,地下水埋深整体较浅,对降水要素的响应程度由强至弱依次是日均降水强度、降水次数和次雨深,其中农场三队和欣康村监测井的水位对降水要素变化最为敏感;2001年左右,区域地下水位步入深埋期,水位降幅显著,埋深增加导致包气带增厚,延缓了降水入渗补给过程,地下水位对各个降水要素的响应程度也不断减弱。     

地下水埋深对冬麦田土壤水分及产量的影响

通过6种地下水位控制处理和对照(自然地下水位)冬小麦试验,探讨了不同地下水埋深对冬麦田土壤水分季节变化规律和垂直变化规律、地下水-土壤水界面水分转化量变化过程以及对冬麦田田间土壤水分平衡的影响。结果表明,地下水埋深对冬麦田0～60cm土壤水分动态有着明显的影响。地下水埋深越浅,麦田表层和主要根层土壤储水量季节变化越强烈,地下水对土壤水分的补给量越大,冬小麦全生育期耗水量也随着增加;土壤排水量大小与灌溉量和降雨量大小有关。地下水位埋深越深,灌溉和降水后的土壤开始排水日期越滞后;无论地下水埋深深浅,冬麦田累计地下水补给量变化规律可分为4个阶段,即稳定增长期、缓慢增长期、快速增长期和趋于稳定期;地下水埋深1.5m时冬小麦产量最高,地下水位太深或太浅产量均下降。水分利用率最高值出现在地下水埋深1.0m的处理。地下水位在1.0m以下时,水分利用效率随地下水深度加深和灌水量增加而减少。     

青铜峡灌区地下水埋深演变及驱动要素贡献率解析

【目的】定量分析青铜峡灌区地下水埋深演变规律及影响因素,科学指导灌区合理调控地下水位,维持水系统健康平衡。【方法】采用水量平衡法分析了青铜峡灌区1998—2017年地下水时空演变特征及地下水补排平衡贡献率。【结果】1998—2017年青铜峡灌区地下水埋深增大了0.69 m,增加速率为0.038 m/a,年内地下水埋深呈双峰双谷特征,空间上银川灌区地下水埋深增大明显,银川市区和银北灌区的大武口区形成大漏斗区。年际地下水变化的主要影响要素依次为渠系渗漏补给(39.71%)侧向排泄(28.24%)潜水蒸发(14.16%)田间入渗补给(7.46%);4—8月和11月渠系渗漏补给对地下水变化贡献最大(45.33%),9—10月和12月地下水侧向排泄是地下水变化第一驱动因素(45.6%);空间上,水位变化的第一驱动要素均为渠系渗漏补给,第二驱动要素各有不同,银川、银南和河东灌区为侧向排泄,银北灌区为潜水蒸发。【结论】引黄水量持续减少是青铜峡灌区地下水埋深增大的最主要原因,而合理的地下水埋深对于维持灌区的生态平衡具有重要意义。     

农田排水条件下降雨补给与地下水埋深关系的试验研究

以室内一维土柱试验和室外水平衡小区观测资料为基础 ,对农田排水条件下降雨入渗补给与地下水埋深关系进行了分析 ,根据降雨、蒸发与地下水埋深关系相似的规律 ,仿照国内外排水计算中较为广泛应用的阿维里扬诺夫经验公式的结构形式 ,建立起降雨入渗补给与地下水埋深的关系 ,并采用室内外试验资料对该关系式进行了验证。     

农田秸秆覆盖的土壤水分效应

以大水位埋深的栾城试验站为例,开展玉米秸秆覆盖及对照条件下冬小麦田间试验,运用土壤水分通量法和包气带水均衡的原理,分析了秸秆覆盖农田的土壤水分效应。结果表明在大水位埋深条件下,覆盖秸秆麦田的入渗补给量(165.02 mm)小于不盖秸秆(192.91 mm),作物腾发量和土壤水消耗量大于不覆盖处理,说明秸秆覆盖不利于降水、灌溉水的入渗补给,但可以抑制土壤水分棵间无效蒸发,增加作物蒸腾量,充分利用土壤水,从而提高土壤水分的利用效率,揭示了秸秆覆盖对农田土壤水分调控的机理,为干旱区推广秸秆覆盖技术提供了理论依据。同时,对大水位埋深条件下土壤水分通量法的适用性进行了探讨。     

惠北试区降水入渗补给地下水分析

<正> 本文用实测统计资料计算分析了惠北试区降水对地下水资源的补给。求出了雨前不同地下水埋深条件下,次降水与地下水位上升的关系式,并提出了能引起地下水位上升的最小次降雨量,对本区30多年降水对地下水资源的补给进行了统计计算,导出了相关性很好的年降水量与入渗补给量的关系式,求出了本区年降水入渗补给系数。     

焦作地区水文地质条件对浅层地下水污染的控制作用研究

通过现场调查、水质分析以及模拟污染物扩散迁移发现,受水文地质条件的控制,在焦作不同区域浅层地下水的主要污染方式不同。水文地质条件还影响着污染物在地下水系统中的分布、迁移。在山前倾斜冲洪积平原地区,主要污染方式为入渗---径流扩散,本区浅层地下水对污染敏感性较高,浅层地下水中污染物浓度高于其他地区,污染物进入地下水系统后在地下径流的控制下自西北向东南方向扩散,沿大沙河一线扩散最快;在山前交接洼地,径流---蒸发浓缩作用成为主要的污染方式,长期的蒸发浓缩作用使得该区总硬度普遍超标;黄沁河冲积平原地区,入渗---蒸发浓缩为主要的污染方式,受包气带土层特殊性质的影响,浅层地下水氟污染较严重。     

BP网络在焉耆盆地土壤积盐影响因素分析中的应用

以焉耆盆地为例，采用BP网络技术，对土壤舍盐量与各种影响因素的关系作了初步定量评价，发现潜水矿化度和潜水位埋深是土壤舍盐量的最敏感因素，其次是灌区引水量、引盐量和地下水蒸发量，其中灌区引水量大是焉耆盆地土壤次生盐渍化加剧的最主要因素；而潜水位埋深是土壤脱盐最敏感的因素。焉耆盆地土壤次生盐渍化防治应从减少灌溉引水量和降低地下水位入手。     

淮北平原汉王实验站土壤水资源特征试验研究

为了充分认识土壤水及其水资源特性,在淮北平原汉王水文水资源实验站对0.5～3.5 m地下水位控制条件下和秸秆、地膜、无覆盖三种条件下的土壤水分、包气带储水量、潜水蒸发、土壤蒸发、降雨入渗等要素进行了连续4年的观测,并结合水量平衡方程,对土壤水资源的要素特征进行了实验研究.结果表明：同一深度的土壤含水量大小顺序为秸秆覆盖〉地膜覆盖〉无覆盖;覆盖条件下土壤含水量变化相对稳定;土壤包气带有类似于土壤水库的作用,可调节水量可观,土壤水可作为一种重要的水资源;随土壤包气带厚度加大,潜水蒸发和降水下渗逐步减少,土壤蒸发表现突出.研究认为,充分认识土壤水资源特征,对指导土壤水资源开发利用、农业生产等有重要意义.     

河套灌区种植结构变化对农田系统水量平衡的影响

种植结构调整是灌区农业节水的重要措施。1990年以来,河套灌区种植结构发生了剧烈变化,小麦等粮食作物种植面积大幅减小,葵花等经济作物种植面积大幅增加,对灌区水循环系统带来显著影响。针对这一问题,系统解析了灌区种植结构变化对农田系统的影响机制,采用阿维里扬诺夫经验公式、修正的Penman公式(1948)、Penman-Monteith公式(1973)等分别计算了河套灌区1990—2013年潜水蒸发量、蒸散耗水量等各水量平衡要素的变化情况,并从多个时间尺度分析了种植结构的变化对灌区农田系统水量平衡要素的影响。结果表明,1种植结构变化对垂向水量平衡要素蒸发耗水量和潜水蒸发量影响最为显著,其通量值明显减小;其次是对灌溉水量和田间入渗量的影响;对水平向水量平衡要素地表排水量影响最小。2潜水蒸发量、蒸发耗水量、灌溉用水量和田间入渗量在丰、平、枯3种典型年均呈不同程度的减小趋势,而地表排水量在不同水平年变化差异较大。3月尺度上,5月灌溉水量和6月潜水蒸发量与经济作物种植比例增加显著相关。4农田系统总输入水量与总输出水量总体呈下降趋势,水循环通量减小,水循环强度减弱。1990—2005年水分蓄变量整体呈现负平衡的状态,2006—2013年土壤层水分蓄变量为正,但由于实际土壤层增厚、土壤含水率仍然呈下降趋势。     

引黄灌区潜水蒸发规律与计算方法研究

潜水蒸发是浅层地下水向土壤水和大气水转化的重要途径,也是地下水的主要消耗项。根据惠北试验站2003-2008年实测的逐日潜水蒸发资料,分析了气象因素、作物因素、土壤因素、地下水埋深以及降雨量对潜水蒸发强度的影响规律。利用叶水庭指数模型建立了不同时段的潜水蒸发计算模型,并进行了验证,分析了日指数模型计算结果偏大的原因。基...     

阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数计算及影响因素分析

【目的】准确获取阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数,对该区灌溉入渗补给系数的影响因素进行分析,为绿洲带高强度人工灌溉模式下地表水地下水转化机理研究,提高研究区地下水数值模拟精度提供基础。【方法】选取阿克苏下游区不同灌溉制度、包气带厚度、土壤结构下代表性点进行野外取样及室内灌溉试验,并结合Hydrus-1d进行包气带水流数值模拟,通过改变灌溉制度、包气带厚度,应用Hydrus-1d模型计算该土壤结构下的灌溉入渗补给系数变化。在模型计算结果的基础上,首先分析灌溉制度、包气带厚度与灌溉入渗补给系数的关系;其后重点利用模型计算结合数理统计的方法分析土壤结构中影响灌溉入渗补给系数的主要因素。【结果】研究区内滴灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.320～0.474;畦灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.408～0.561,即不同灌溉制度下灌溉入渗补给系数不同;而伴随包气带厚度增大,灌溉入渗补给系数也随之减小;土壤结构对灌溉入渗补给的主要影响因素为土壤渗透系数、土壤体积质量、土壤初始含水率。【结论】根据室内试验结合数值模型计算出不同灌溉制度下的灌溉入渗补给系数变化范围,得出灌溉入渗补给系数的影响因素为灌溉制度、包气带厚度和反映土壤结构的土壤渗透系数、土壤体积质量及土壤初始含水率,为干旱区下游区灌溉入渗补给系数选取及后续研究提供理论依据。     

地下水浅埋区农田地下水动态模拟

在地下水浅埋区,农田地下水动态对降水、蒸发等气象因素很敏感,研究它们之间的关系对农田水管理具有重要意义。对湖北省荆州农业气象试验站1981~2005年和湖北省荆州市四湖工程管理局排灌试验站2000~2004年实测降水、蒸发、土壤水和地下水资料进行分析,建立2种数学模型以模拟不同季节地下水埋深随基本分析时段有效降水、蒸发等因素的变化情况。用后验差指标法检验模型的拟合程度,结果表明,所建立的2种模型都能较好地描述农田地下水动态受降水量、蒸发量等因素影响的变化趋势。     

扬水灌区封闭型水文地质单元的地下水盐动态研究

西北内陆干旱区的扬水灌区灌溉排水属外引内排方式,灌区内的水盐运移主要受控于灌溉水入渗,属于典型的入渗-蒸发型水盐运移。对扬水灌区封闭型水文地质单元15 a监测资料的分析表明,监测区的地下水运移具有径流滞缓、水盐积累的特点。灌溉水入渗带和溶质迁移带的地下水矿化度受入渗溶滤影响呈振荡变化型,汇水聚盐带的盐沼化面积由1993年的25.83 km2增加为2008年的30.88 km2,地下水矿化度和土壤含盐量均呈逐年上升趋势,地下水矿化度最高达172.15 g/L,水化学类型为Cl-—SO42-—(K++Na+)—Ca2+型。     

基于溴离子示踪的干旱地区潜水蒸发规律研究

【目的】定量研究干旱地区潜水蒸发规律。【方法】以河套灌区义长灌域为研究区,采用人工示踪剂溴离子示踪法研究了盐荒地潜水蒸发规律,通过获取试验期间研究区内6个试验点不同土层深度土壤溴离子质量浓度、含水率、含盐量数据,分别利用化学示踪法、水均衡法及经验公式法计算了潜水蒸发量,对比了3种方法的结果及适用性并分析了潜水蒸发量与不同土质、不同土壤含盐量的关系。【结果】利用溴示踪方法得到研究区7月6日—8月18日潜水蒸发总量为35.20 mm,平均潜水蒸发系数为0.28;水均衡法所得结果为32.29 mm,与示踪法所得结果的相关系数达到0.96;由于研究区域土壤异质性强,且干旱区水文地质资料较为匮乏,经验公式法参数获取难,水均衡法所需实测资料多,在研究区适用性不高。而溴示踪法操作简单、经济实用,适用性强,较其他2种方法更为可靠。研究区潜水蒸发量随黏粒质量分数的增加而不断减小,二者之间的相关系数达到了0.80,尤其当土壤中存在黏土夹层时,将降低潜水蒸发速率。【结论】研究区土壤含盐量的变化量随潜水蒸发量增加而不断增加,表明盐荒地强烈的蒸发作用是造成耕地与荒地水盐交换的驱动力,直接影响灌区的水循环过程。     

基于VBA的宁夏引黄灌区暗管排水间距计算方法研究

暗管排水工程是控制灌区地下水位,防治耕地盐碱化的主要技术手段。【目的】综合考虑排水条件、排水目的等因素,选择合适的计算方法计算暗管间距。【方法】对几种常用的暗管间距计算方法进行了理论分析并总结了其适用条件,编写了基于VBA的计算程序以实现不同计算方法的优选并确定相应的暗管间距。在此基础上,选取宁夏引黄灌区2个典型暗管排水工程案例进行了分析计算。【结果】稳定流状态下,当kH/q≤100时,宜选择阿维里扬诺夫-瞿兴业公式计算暗管间距,当kH/q>100时,宜选择Hooghoudt公式计算暗管间距;非稳定流状态下,以治渍为目的地区选择按地下水位下降速度计算暗管间距,以防治盐碱化为目的地区选择按排蒸比计算暗管间距。【结论】利用VBA开发的程序可以解决暗管间距计算过程中较繁琐的迭代、累加等计算问题,操作便捷,实用性强;非稳定流方法更适合于宁夏引黄灌区暗管排水间距的计算,银北灌区宜按排蒸比计算暗管间距,银南灌区宜按地下水位下降速度计算暗管间距。