考虑季节性冻融的井渠结合灌区地下水位动态模拟及预测

该文以季节性冻融灌区内蒙古河套灌区为研究对象,建立灌区冻融期地下水补排模型,与三维地下水数值模型相结合,构建适用于季节性冻融灌区的生育期-冻融期全周年地下水动态模拟模型。采用河套灌区2006—2013年灌区实测地下水埋深对模型进行了率定和验证,并针对河套灌区不同地下水矿化度可开采区(分别为2.0、2.5及3.0g/L)、不同渠井结合比设置了18种井渠结合节水情景,对其地下水动态进行了预测。结果表明,该文构建的冻融期模型能准确反映其地下水动态过程;井渠结合后地下水埋深变化与井渠结合区地下水开采利用的矿化度上限和渠井结合比有关,井渠结合区地下水矿化度上限越大,渠井结合比越小,地下水埋深增加越多;实施井渠结合后,灌区生育期平均地下水埋深增加0.103~0.445 m,秋浇期增加0.076~0.243 m,冻融期增加0.096~0.216 m;从空间上看,全灌区年均地下水埋深增加0.096~0.316 m,井渠结合区增加0.346~0.635 m,非井渠结合区变化较少,一般不足7 cm。该文为季节性冻融灌区开展大规模井渠结合灌溉提供参考。     

河套灌区井渠结合地下水数值模拟及均衡分析

建立了河套灌区三维地下水数值模型,用2006-2013年灌区实测地下水埋深资料对模型进行率定和验证,并在规划的井渠结合区内,设置3种不同井灌区灌溉定额和3种秋浇频率,组合共9种井渠结合节水情景,分别分析了9种节水情景下的地下水动态变化.结果表明:井渠结合后全灌区地下水埋深范围为1.863~2.029 m,较现状条件增加0.084~0.250 m;不同灌域结合区井渠结合后地下水埋深差别很大,解放闸结合区地下水埋深最大,为2.308~2.803 m,永济结合区地下水埋深最小,为2.079~2.455 m;井渠结合后,入渗补给量减少2.01×10⁸ ~3.63×10⁸ m³/a,潜水蒸发量减少1.69×10⁸ ~3.03×10⁸ m³/a.     

河套灌区井渠结合膜下滴灌土壤盐分演化规律

针对内蒙古河套灌区井渠结合的问题,基于SaltMod模型建立井灌区和渠灌区水盐均衡模型,并引入含水层侧向交换量对模型进行改进,利用隆胜井渠结合试验区15 a水盐观测资料对改进的模型进行率定和验证,采用验证后的模型分析了隆胜井渠结合区在现状条件下以及在井渠结合膜下滴灌推广实施后区域的土壤盐分演化规律。结果表明,现状条件下隆胜井渠结合区土壤盐分基本稳定,尤其是渠灌区根系层盐分基本稳定,保持在较低水平,可以在长时期内满足作物生长的需求。当推广井渠结合膜下滴灌后,井灌区的生育期灌溉定额和地下水埋深对其灌溉用地根系层土壤盐分积累的影响较小,而地下水矿化度与秋浇频率的影响较大。对于井灌区,建议采用黄河水2年1次进行秋浇压盐,可以长期将土壤全盐维持在3 g/kg以下,以满足作物生长需求。     

考虑排盐和控盐的干旱区暗管布局参数研究

为研究干旱盐碱地区排盐暗管工程布局参数的确定方法,该文利用新疆蓄水淋洗、暗管排水排盐试验数据,建立并验证了HYDRUS-2D数学模型,土壤含水率均方根误差范围为0.038～0.043 cm3/cm3,决定系数为0.82～0.95;土壤含盐量均方根误差范围为1.6～5.15g/kg,决定系数为0.95～0.99,所建立的模型能够模拟淋洗和暗管协同作用下的土壤水盐运移规律。考虑干旱区排盐和控盐的多重需要,提出了排淋比作为暗管排盐的评价指标,并结合传统的脱盐率指标,定量分析了不同暗管布局参数(埋深和间距)和土壤质地条件对暗管排盐的影响。结果表明:暗管埋深对脱盐率影响不大,影响根系区脱盐率的主要因素是暗管间距,脱盐率与暗管间距近似呈指数关系;而暗管间距和埋深对于排淋比都有显著影响;当土壤饱和渗透系数较大时,土壤饱和渗透系数对脱盐率没有明显影响,而排淋比与土壤饱和渗透系数呈指数关系,可见,排淋比比脱盐率更加适用于评价暗管排盐效率。该文进一步建立了排淋比与暗管布局(埋深和间距)以及土壤饱和渗透系数的经验公式。经比较,在计算的壤土情况下,当设计排淋比为500%时,该文拟合公式计算得到暗管间距与《规范》公式一致,当设计要求较低时,拟合公式所得暗管布局较为经济。该经验公式可用于指导确定干旱区暗管布局参数。     

自然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统迁移转化规律试验研究

目前对红壤坡地氮素流失的试验研究主要集中在人工土槽装置中监测径流和壤中流氮素,缺乏在野外自然坡情况下氮素在径流-壤中流及土壤中迁移转化过程的整体研究。为了探究天然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统中的迁移转化规律,在江西水土保持生态科技园开展了3次坡地人工降雨氮素流失试验,对不同坡面及土壤初始条件下人工降雨过程中地表径流、壤中流及土壤水分状况与氮素（硝态氮和铵态氮）浓度进行了监测和分析。结果表明,初始坡面粗糙截流能力强,能减少地表径流产流量,但会导致硝态氮大量渗入土壤,造成硝态氮随土壤水的下移。自然坡地土壤中的大孔隙和土壤空间变异性是导致壤中流的主要原因,壤中流硝态氮浓度显著高于地表径流硝态氮浓度,导致壤中流硝态氮流失占比较高,第一次试验中硝态氮壤中流流失占比超过50%。相比较而言,壤中流与地表径流铵态氮浓度均较小,与铵态氮在土壤中较强的吸附能力有关。历次试验中,土壤硝态氮和铵态氮沿顺坡方向空间变异性较大,随时间变化无一致性规律,除受到坡面水力特征影响外,还受到土壤温度的影响。     

基于AHP的模糊物元法在水库富营养化评价中的应用

模糊物元分析能很好地解决不确定性和不相容问题,水库富营养化是一种多元复杂的模糊系统,在模糊物元理论的基础上,结合欧氏贴近度的概念,利用三标度层次分析法确定权重,建立了水库富营养化评价的模糊物元分析模型。将此模型用于广东省20个大型水库富营养化评价,并将评价结果与综合营养状态指数法和灰色聚类法评价结果进行比较,有19个水库评价结果的差异小于等于一个级别,评价方法简单,评价结果可靠,具有一定的实用性。     

基于Saltmod的河套灌区节水条件下地下水动态变化分析

以内蒙古河套灌区为研究对象,基于水均衡模型Saltmod构建了灌区地下水动态预测模型,利用灌区2000-2013年多年实测地下水埋深和排水量对模型进行了率定和验证,采用验证后的模型预测了4种引水量和4种降雨情况下河套灌区地下水动态变化过程,4种引水量分别为45.1(现状)、42、40和36.4亿m~3,降雨量分别为现状条件的100%、75%、50%和25%。结果表明,Saltmod模型可以较好地运用于河套灌区地下水动态变化预测分析。在现状条件下,未来10年灌区地下水埋深和排水量基本保持稳定,当引水量下降时,灌区的地下水埋深小幅增加,排水量明显减少。4种降雨量情况下,当引水量为40亿m~3时,地下水埋深较现状条件依次增加0.02、0.06、0.09、0.12 m,排水量依次减少1.404、2.031、2.590、3.083亿m~3;当引水量为36.4亿m~3时,地下水埋深较现状条件依次增加0.04、0.08、0.10、0.13 m,排水量依次减少2.364、2.918、3.465、3.946亿m~3。可见,在引水量和降雨量同时减小时,灌区地下水埋深增加较大,排水大幅减少,降幅超过50%,这将导致灌区盐分排泄减少,增加土壤盐渍化风险。可为确定维持灌区可持续发展的引水量阈值提供参考。     

非饱和土壤冻融过程中水、热耦合运移数值模拟研究

根据冻结条件下非饱和土壤水分运动和热量迁移的基本方程,推求冻土水热耦合迁移的数学模型。采用Grank-Nicolson格式的有限差分法,计算结果表明土壤水分、温度的计算值与实验值吻合较好。     

非饱和坡面水分与氮素迁移耦合模型与应用

目前对坡面径流氮素流失的研究以解析方法为主,难以描述坡面不同位置水分及氮素的变化情况,且较少关注水分入渗造成的氮素迁移。为了描述非饱和坡面上的降雨-径流-入渗及氮素迁移过程,该文构建了坡面尺度数值模拟模型。对于水分入渗,采用运动波方程描述坡面产流过程,采用Green-Ampt公式描述坡面入渗过程。对于氮素迁移,将研究区离散,采用混合层理论对每个离散区域建立质量平衡方程。通过与坡面水分、氮素运移试验数据的对比验证了本模型的正确性。开展室内土槽坡面径流试验,观测数据与数值模拟结果的对比表明,本模型水分、铵态氮、硝态氮计算相对误差分别小于15%、5.5%和32%,质量误差均小于0.02%,验证了本模型较好的计算精度和质量误差控制。     

干旱地区排盐暗管优化布局关键参数研究

为探究干旱地区暗管配合淋洗的排盐效果及关键影响因素,该研究在新疆焉耆盆地布置了暗管排盐试验,研究淋洗前后土壤剖面的水盐变化规律和不同淋洗定额下相同暗管布局的暗管排水排盐量差异,结合正交试验分析方法研究暗管布局参数中影响土壤脱盐率的显著因素,并分析淋洗定额与暗管布局参数对土壤脱盐率的交互影响。结果表明:1)暗管排水后,土壤剖面含水率明显增大,表层平均含水率由0.20增加为0.30cm~3/cm~3,含盐量不同程度减小,表层平均盐量由10减少为5g/kg;2)暗管排水流量呈现先迅速增大,后缓慢减小的规律,而暗管排水电导率则在排水过程中无明显变化,且淋洗定额越大,暗管排水排盐量越大;3)暗管间距和埋深是影响脱盐率的显著因素(P分别小于0.05和0.01),而管径则对脱盐率无显著性影响;淋洗定额越大,土壤脱盐率越大,且在较大淋洗定额差异条件下,淋洗定额和暗管布局参数对土壤脱盐率无交互影响。研究结果表明,对于干旱地区暗管排盐工程布置,合适的埋深和间距很重要,淋洗定额也是影响脱盐效果的关键因素。考虑节约水资源和节省工程造价,研究区合适暗管埋深为1.4 m,间距为8 m,管径为90mm,此时采用300mm的淋洗定额进行冬灌,即可以满足36%的目标脱盐率。研究结果可以为干旱地区暗管合理布局选择提供依据。