咸水灌溉下土壤水盐变化的试验研究

2002年在内蒙古河套灌区红卫节水示范园进行了咸水灌溉试验,分析试验结果得出:咸水灌溉下的土壤经过秋浇后含盐量可以降到咸水灌溉前水平。以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤水分大气作物系统模拟软件SWAP为工具,应用示范园的土壤、水、盐分试验资料对模型的参数进行了率定和验证,模型模拟结果和田间试验结果符合较好。     

基于SWAT模型的布尔哈通河流域面源污染的变化研究

【目的】揭示土地利用变化下面源污染时空变化特征,探究流域景观格局与面源污染的关系。【方法】以布尔哈通河流域为研究对象,利用SWAT分布式水文模型模拟1986-2016年4期土地利用变化下面源污染分布特征,运用Fragstats4.2软件计算了1986年和2016年布尔哈通河各子流域的景观格局指数,最后使用CANOCO5.0软件分析子流域面源污染和景观指数之间的关系。【结果】①构建的SWAT模型模拟的径流量和总磷量在校准期和验证期的决定系数R²和纳什效率系数NSE都达到0.6以上,模型能很好地模拟流域水文水质状况,1986-2016年,SWAT模拟的总磷年负荷分别为74.04、73.78、82.50 t和128.31 t。②面源污染与景观格局存在密切关系,景观组成格局方面,林地面积与总磷负荷负相关,农田和建设用地面积与总磷负荷正相关;景观空间格局方面,林地斑块破碎化程度与总磷负荷正相关,而农田斑块的破碎化程度与总磷负荷负相关。流域斑块之间的越高流通性和聚集性,对养分流失改善有积极作用,而流域内景观异质性的增加和形状的复杂化,则会导致污染负荷输出风险的增加。【结论】流域面源污染负荷急剧增加,面源污染防治的关键控制区域在坡度较高的北部区域和农田及城镇集中的东部区域,该区域规划土地利用和优化景观格局时,应优先考虑防止林地斑块破碎化程度的提高和控制城镇面源污染源。     

咸水非充分灌溉条件下土壤水盐运动SWAP模型模拟

为了研究咸水非充分灌溉条件下土壤水盐动态变化规律,该文在2013年田间试验的基础上,利用试验观测数据,对SWAP模型进行了率定和验证,并对咸水非充分灌溉条件下土壤剖面水分和盐分通量变化过程进行了模拟和分析。研究结果表明:SWAP模型模拟值较好地反映了实测值的变化趋势,经过率定和验证后的SWAP模型能够较好地模拟土壤水盐的动态变化规律以及制种玉米的产量情况。在制种玉米苗期阶段,3种灌水处理40 cm以上土壤剖面的水分通量主要以向上为主;在灌水和降雨阶段,各处理土壤剖面的水分通量主要向下,且灌水量越大的处理,向下的水分通量越大;在土壤蒸发阶段,各处理60 cm以下土壤剖面的水分通量向下,且向下的水分通量逐渐减小。土壤盐分通量模拟结果与土壤水分通量具有类似的规律,60 cm以下土壤剖面的盐分通量主要向下,表明土壤盐分主要向深层土壤运移。研究结果可为该研究区域咸水非充分灌溉制度的制定提供理论依据。     

基于SWAP和MODFLOW模型的引黄灌区用水管理策略

大部分引黄灌区并没有实现地表水和地下水的合理利用,存在着水源浪费和地下水过度开采等问题。为了合理调配水资源,该文以河南柳园口灌区为背景,运用SWAP和Visual-MODFLOW分别建立了土壤水分运动模型和地下水三维非稳定流模型,用实测资料进行了率定和验证。利用SWAP模型模拟了2006年至2007年不同灌溉标准条件下的灌溉制度,提出了适宜的灌水控制标准,并且根据提出的灌水控制标准对多年的灌溉制度及不同地下水埋深下的灌水量及产量状况进行了模拟,得到了地下水埋深适宜范围。由SWAP模拟的灌溉制度确定地下水开采并且根据不同的种植结构和井渠灌溉比拟定了7个方案,利用MODFLOW模型对灌区地下水系统对各方案的响应进行模拟。结果表明,北部引黄量的30%采用抽取地下水并把节省的引黄量输送到南部,可以使地下水埋深基本控制在适宜的范围之内,并能有效地减少潜水蒸发。     

北京典型乔-草型绿地灌溉用水量模拟——以银杏-草地早熟禾配置绿地为例

城市园林绿地灌溉用水估算对于城市水资源计划分配以及绿地规划具有重要意义。以北京市1961-2010年50年气象数据为背景,利用SWAP作物模型模拟计算银杏-早熟禾绿地乔木蒸腾耗水与灌溉需水量,利用观测数据对模型进行校验,该模型可以有效模拟城市园林绿地的土壤水分动态与植物蒸腾耗水。模拟结果得出:①多年平均绿地蒸腾耗水量346±65mm,所需要灌水量为165±76mm,灌溉需水量的主要时间5、6、10月,分别占总灌溉量23%、27%、13%;②由于不同年份降水不同,根据频率分析,要使得90%年份植物供水充分,灌溉水量应为230mm。     

农田水盐运移与作物生长模型耦合及验证

合理定量描述土壤水盐动态及作物生长过程对于干旱灌区制定适宜的农业用水措施具有重要意义。该文以SWAP(soil water atmosphere plant)模型为基础,采用变活动节点法实现了对土壤融化期的水盐运移模拟,并在根系吸水计算中引入了基于S形函数的水盐胁迫计算方法,以修正原SWAP模型对根系吸水的模拟。进一步嵌入了参数与输入数据较少且可以模拟作物生长过程及实际产量的EPIC(environmental policy integrated calculator)作物生长模型,构建了改进的农田尺度土壤水盐动态与作物生长耦合模拟模型-SWAP-EPIC。分别采用宁夏惠农灌区春小麦和春玉米田间试验数据,对SWAP-EPIC模型田间适用性进行了检验。对比分析各层土壤水分与盐分浓度、作物生长指标(叶面积指数、地上部生物量)的模拟值与实测值,结果表明:春小麦和春玉米试验中土壤水分的平均相对误差MRE和均方根误差RMSE均接近于0且模型Nash效率系数NSE值趋近于1,水分模块模拟精度较高,盐分浓度模拟存在略微差异但总体上一致性较好,并且作物生长指标匹配良好;同时,模拟的产量和蒸散发均较为接近实际值,春小麦和春玉米产量模拟相对误差分别为4.9%和3.3%。综上,该文改进的SWAP-EPIC模型可良好地应用于寒旱区农田尺度土壤水盐运移与作物生长耦合模拟。     

基于SWAP模型的耕地-盐荒地-沙丘-海子水盐动态分析

为探讨盐荒地、沙丘和海子对耕地排盐的作用和机理,于2013-2016年在内蒙古河套灌区张连生研究区展开试验,利用土壤水分、盐分以及地下水盐分、埋深变化的观测数据,经SWAP模型率定和验证,对试验区水盐动态变化进行模拟和分析。结果表明,SWAP模型能够较好地反映试验区各地土壤水盐的垂直动态变化规律。模型验证结果显示,土壤水分的均方根误差均小于0.03 cm³·cm^-3,土壤盐分均方根误差均小于0.12 g·kg^-1,且二者平均相对误差均小于16%。地下水动态分析表明试验区地下水走向基本为从西北流向东南。研究表明,耕地含水量受灌水影响较大,水分逐渐向深层渗漏并侧向补给盐荒地和沙丘。沙丘表层含水量低,而深层水分可侧向补给耕地、盐荒地。耕地盐分在灌溉期向盐荒地和沙丘运移,最终汇集到海子,盐荒地在作物的生育期积累盐分,而盐分在秋浇期流失。耕地和盐荒地的地下水在灌溉期侧向补给沙丘和海子,非灌溉期由沙丘的地下水侧向补给耕地、盐荒地及海子。     

内蒙古河套灌区枸杞微咸水利用模式模拟及环境预测

为寻求内蒙古河套灌区主要经济作物枸杞的微咸水利用模式,在田间试验的基础上运用SWAP模型对枸杞不同咸淡水轮灌模式进行了模拟研究,并对环境进行预测。结果表明,2淡1咸轮灌模式中,淡淡咸模式在枸杞盛果期盐分较低,对枸杞产量影响较小;2咸1淡轮灌模式中,淡咸咸模式在枸杞盛果期盐分较低,对枸杞产量影响较小。本着最大限度节约淡水资源的原则,选定淡咸咸为最优轮灌模式。淡咸咸5a预测显示,5a后土壤盐分增幅不大,能够达到盐分进出平衡。因此,淡咸咸模式为该地区枸杞较好的咸淡水轮灌模式。     

河套灌区排水工程管理的数值模拟研究

利用SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)模型对河套灌区的永联试验区进行了排水工程管理的数值模拟研究,分析了排水沟的间距和深度对田间水均衡要素的影响。结果显示,现有排水沟深度下的排水沟间距调整对区域排水和潜水埋深的影响不明显,但当排水沟深度增加时,排水沟排水量和控制区域的潜水埋深发生显著变化。根据模拟结果,认为永联试验区的排水沟间距取500 m,深度取2.5 m较为适宜。     

区域尺度农田水盐动态模拟模型—GSWAP

由于土壤和水文气象等因子的空间变异性,区域尺度的农田水盐动态难以应用小尺度-维模型进行模拟.该文将-维农田水文模型(soil-water-atmosphere-plant model,SWAP)与Arclnfo进行紧密结合,构建了区域尺度的农田水盐动态模拟模型-GSWAP.该模型利用GIS强大的空间数据分析与处理功能,可高效地进行模型数据的前后处理与分析.模型将研究区划分为多个均质单元进行模拟,并以RS反演的表土含水率和ETa为观测资料,运用遗传算法确定各单元等效土壤水力参数.该文以内蒙河套灌区永联试验区为背景,对GSWAP模型进行了应用分析.结果表明,应用GSWAP模型可高效地进行区域农田水盐动态模拟,实现数据输入输出、可视化显示与空间分析,且永联试验区的模拟结果具有合理性.