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。     

生物碳促进水稻土镉吸附并阻滞水分运移

该文以研究生物碳施加对中国南方酸性水稻土中镉的吸附能力和水分运移能力的影响为研究目的。以中国南方稻田耕层(0～20cm)和下层(>60～80cm)的土壤为研究对象,采用批量平衡法研究不同的生物碳添加量及其粒径对土壤中重金属镉吸附的影响;采用柱法研究生物碳对土壤水分运移能力的影响。结果表明,生物碳添加可提高土壤pH值,对于耕层土壤,细碳(粒径为<0.075mm)添加量为3%、6%、9%时,土壤pH值分别提高了1.04、1.45和1.50;粗碳(粒径为0.5～1mm)添加量为3%、6%、9%时,土壤pH值分别提高了0.42、0.97和1.15;但pH值的增量会随生物碳添加量的增加而减缓。利用Freundlich、Henry、Langmuir和Temkin模型对土壤中镉的吸附进行拟合,可得在试验浓度范围内,Freundlich模型的拟合结果最好,其相关系数R2均在0.99以上。生物碳可提高土壤对镉的吸附能力且细碳对于提高土壤对镉吸附能力的效果更为显著。耕层土壤中细碳添加量为3%、6%、9%时,Freundlich模型中的吸附系数K分别增加了106.63%、182.32%和240.51%;下层土壤中细碳和粗碳添加量为3%时,Freundlich模型中的吸附系数K分别增加了39.72%和7.12%。就2种粒径的供试生物碳而言,生物碳的添加比例越大、颗粒越细越容易导致土壤的水分运移能力降低。细碳添加量为1%时,即可造成土壤水分运移能力明显降低,而粗碳添加量为3%时,土壤水分运移能力没有显著变化。因此,实际生产中应综合考虑生物碳对土壤理化性质的影响来确定生物碳添加量及粒径范围,宜施加粗碳且适宜的添加量为3%左右。该研究可为水稻土中生物碳的施加量及粒径选择提供参考。     

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。     

土壤中溶解性溶质流失特征试验

该文以含有一定初始溶质的壤土和沙土为试验材料,为了研究不同条件下土壤溶质的流失特征,考虑到农田在产生地表径流前存在地表积水的过程,进行了室内土壤测试试验。试验结果表明：在相同条件下,既存在地表径流又存在地下排水时,损失的土壤溶质仅有小部分存在于地表径流水中,流失在地下排水中的溶质占损失的土壤溶质的主要成分。因此在实际田间操作中,当不能同时采用降低地表径流和地下排水的方法来提高土壤溶质的利用程度时,应首先考虑降低地下排水的措施。而在暴雨范围内,降雨强度越小、土壤初始含水率越低、地下排水条件越好、土壤质地越粗等都将导致土壤溶质在地表径流和地下排水中流失的质量越大,从而降低土壤溶质的有效利用程度,该成果可以为提高土壤溶质的利用效率和降低农业污染提供一定的参考意义。     

灌水率图形优化模型及可视化修正

灌水率的大小关系到渠道断面的设计尺寸和工程成本。提出了灌水率图形调整的数学模型。该模型以保证灌水率方差在总灌水延续时间内最小和图像连续为目标函数，考虑了实际中4种可能的调整途径及相应的调整规则。开发了可视化界面程序，该程序将整个灌水率的调整过程形象地反映出来，便于人机交互求解合理的结果。     

河套灌区义长灌域耗水机制分析

目前黄河流域自然环境脆弱，水资源匮乏，但同时存在耗水机理不清、水的利用率低等许多问题。选择引黄灌区内蒙古河套灌区中的典型灌域-义长灌域，深入研究了区域水平衡和耗水机制，为沿黄灌区水资源的高效利用提供参考。     

微灌用叠片式砂过滤器性能试验研究

针对微灌工程中灌水器堵塞的问题，在分析现有砂过滤器基础上，研究设计了叠片式砂过滤器。通过大量的水力性能测试和反冲洗抗堵塞性能试验以及对比试验，探讨了一定滤管直径的最佳叠片数，即滤管直径Φ₁=20 mm时，叠片数为48片为宜；并提出叠片式砂过滤器的水力性能特性曲线方程和过滤水头损失经验公式。试验结果表明：叠片式砂过滤器水力性能良好，过滤能力大，水头损失小，即在设计流量为10 m³/h下，叠片式砂过滤器的清洁压降比滤头式砂过滤器小37%；过滤与反冲洗效果好，是节水灌溉系统中理想的防堵塞设备。     

HYPROP系统与快速离心法联合测定土壤水分特征曲线

针对3种供试土壤,利用HYPROP系统与快速离心法分别测定了土壤在低吸力（800hPa以下）和高吸力（1×103～15×103 hPa）范围内土壤吸力和含水率的关系,并联合2种方法的测定结果,采用van Genuchten（1980）-Mualem拟合得到了土壤水分特征曲线的经验参数。其中快速离心法中用对数函数拟合了转...     

基于GIS的河套灌区井渠结合分布区的确定方法

实施井渠结合,合理开发利用地下水是河套灌区节水和控制土壤盐碱化的重要途径。运用ArcGIS分析了地下水矿化度和土壤岩性特征,采用空间分层的处理方法构建了地下水矿化度分区图,并结合灌区土地利用状况和农业灌溉用水要求确定了井渠结合区分布以及面积。结果表明,将矿化度数据分3个空间层处理是可行的,建立的矿化度分区图呈一定的空间变化特征。井渠结合区主要分布在乌兰布和灌域非沙漠带、解放闸灌域和永济灌域南部、义长灌域北部及其与乌拉特灌域、乌梁素海交界附近区域、乌拉特灌域尾部、灌区北部沿狼山山脉部分区域。井渠结合区约占整个灌区控制面积的45%。     

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。