半干旱地区包气带—饱和带水盐耦合模拟

通过GMS和Hydrus的结合,构建包气带—饱和带的水盐耦合模拟模型,以半干旱地区宁夏中卫某速生林高阶地为例,采用历史数据进行了验证,验证结果表明,该模型可有效模拟包气带—饱和带的水流运动和氯离子的运移情况。利用该模型对研究区的水盐变化情况进行分析,结果表明,研究区地下水流向为西北—东南方向,氯离子呈现放射状扩散趋势且与水流方向一致,受造纸废水灌溉的影响,地下水氯离子浓度逐年上升,且浓度累积速率不断提高。     

基于多入渗模型的荒漠砂质土壤积水入渗模拟对比

包气带土壤水分入渗在水文循环中起着至关重要的作用,深入了解降雨-积水-入渗过程的相互关系对评估荒漠环境下土壤水分补给和降水再分配具有重要意义.本研究以自然沙丘的丘间低地为研究对象,通过土壤剖面入渗原位观测试验.采用Kostiakov、Green-Ampt、Philip入渗模型和Hydrus-1D、Hydrus-2D/3...     

氢氧稳定同位素指示的呼和浩特地区土壤水的补给特征

土壤水中的氢氧稳定同位素特征包含了水在包气带中的迁移信息,因此,分析土壤水中的氢氧稳定同位素的变化特征可以追踪土壤水的迁移过程.文中主要对呼和浩特地区西南部两个孔的包气带土壤剖面中氢氧稳定同位素随深度的变化特征进行了分析,并对呼和浩特地区降水、土壤水和地下水之间的同位素组成进行了比较.结果表明:该区土壤表层的水中的δ2H和δ18O受到降水中的δ2H和δ18O的直接影响,同时受到蒸发作用的影响,同位素值产生富集,之后变化幅度逐渐减小,逐渐接近地下水中的同位素值,显示出土壤底部的水分与地下水的交换比较活跃;通过对比该区降水、土壤水和地下水的同位素值,发现该区土壤水的补给来源主要为降水,且降水的补给为季节性补给,补给季节主要是秋季.     

包气带土壤pH对灌溉施肥响应的变异过程

为了分析灌溉施肥活动引起的包气带土壤pH值变异特征及其对地球化学条件的响应,通过历时3 a的野外原位灌溉施肥试验,应用不同季节灌前、灌后6 m土层中不同深度的测定资料,系统分析了土壤pH对灌溉、施肥的响应过程,结果表明：各深度pH值呈弱变异性（CV=1.01%~2.28%）,与灌溉前相比,灌后土壤pH值的均值和变异系数均呈现明显的变化;灌前包气带各层pH具有强烈的空间自相关性,灌后受水分、基质等相互作用影响,pH的空间自相关性有所减弱,C₀/(C₀+C)和变程a分别由7.23 m和3.54 m(灌前0 d)减少到3.26 m和2.76 m(灌后第10天)。土壤基质是决定土壤酸碱性的主要因素,在灌溉施肥活动对pH的响应过程中,地球化学条件（土壤含水量、土壤温度、土壤有机质(SOM)、氧化还原电位（RP）等)、土壤基质组成和氮底物浓度（NH⁺₄-N）等的交互作用影响pH的动态。土壤含水量和温度单独对pH影响不显著,两者交互作用对pH有显著影响。引起土壤pH变化的主要变异源为Cl^-、土壤有机质(SOM)、NO^-₃-N、NH⁺₄-N等营养物质和不同空间深度土壤基质的差异,表明灌溉施肥改变了包气带pH地球化学动力场、营养物质和土壤基质的交互作用,引起各深度的生物地球化学反应,控制pH值的空间变异特性。当包气带介质土壤水分变化时,首先营养物氨态氮以分子态或水合态形式被介质吸附,H⁺得到释放,使得灌后第4天pH值下降。随着氨氧化过程中H⁺的释放,pH在灌前和灌后第10天和第30天有显著差异。氨的氧化引起硝酸盐含量不断增加,使得硝酸盐对pH值的影响在灌后不断增强,相关系数由0.24(0 d,P<0.05)增加到0.41(30 d,P<0.01),而氨态氮对pH值的影响逐步降低,相关系数由0.43(0 d,P<0.01)降低为0.19(30 d,P>0.05)。     

灌溉条件下包气带黄土层中NO-3-N的深部运移

通过渭北黄土塬地区NO3--N的原位运移试验,测定了10 m范围内黄土超根层中NO3--N浓度随时间的变化,对NO3--N和土壤含水量的运移通量及运移速率进行了定量分析。结果表明:微孔隙渗流的水分运移速率为44~65 mm/d,优先流的运移速率可达450 mm/d以上;NO3--N在施肥灌溉及作物吸收等因素的综合影响下形成积累峰值带,并向下运移,其平均运移速率为56.3 mm/d;在作物生长缓慢的冬季大定额灌溉条件下,施入农田的尿素并不能被作物完全吸收,上层土壤吸附的NO3--N会被大量淋洗,50%以上的NO3--N随入渗水流运移到作物根层以下,成为深层土壤和地下水的NO3--N污染来源。     

包气带土壤氨氮污染的原位修复试验研究

以“典型污染区污染防控与修复技术研究及示范”课题为依托,在北京北天堂非正规垃圾填埋场进行包气带氨氮土壤污染原位修复试验研究,通过间歇布水、曝气的方式为包气带土著微生物提供适宜环境,强化氨氮的转化与去除.试验结果表明:由于土壤含水率相对较低和开放系统的非稳定性等因素造成前期氨氮的转化速度和效率相对较低;经改善试验条件和添加氨氧化工程细菌(AOB),氨氮的转化去除率由17.3％快速提高至63.0％左右;试验后期,上层点位(-4.2m)氨氮浓度由600mg/L逐步降低至300mg/L左右,土壤中氨氮浓度增加的趋势得以控制.试验分析方法和研究成果为类似试验研究积累了成功经验,可供包气带原位修复工程应用及推广提供借鉴与参考.     

层状非均质包气带渗透性特征及其对降水入渗的影响

不同的岩性界面影响了降水在包气带中的入渗、运移与再分布过程,其影响机制仍是有待研究的学科前沿问题。针对上述问题,基于层状非均质包气带6 m×4 m×5 m样方,开展了多场次自然降水入渗过程的原位试验监测,研究结果表明层状非均质结构对降水入渗过程和速率影响明显:(1)地层分界面处土壤含水率呈现陡降变化特征;(2)220 cm深度以上包气带中土壤含水率对降水入渗响应变化敏感,呈含水率陡变的多峰谷式脉冲响应变化特征,其中20～100 cm地层土壤含水率变化幅度为22.58%～29.76%,120～200 cm地层土壤含水率变化幅度为13.74%～20.74%;220 cm深度以下包气带中土壤含水率对降水入渗响应滞缓,年内呈现平缓单峰响应变化特征,反映了多场次降雨的累积效应,其中220～400 cm地层土壤含水率变化幅度为2.3%～12.15%,430～460 cm地层土壤含水率变化幅度为2.5%～3.41%;(3)层状非均质结构阻滞了水分的运移(湿润锋通过亚砂土-粉砂界面时,平均运移速度由10.53 cm·d^-1下降为0.77 cm·d^-1;湿润锋...     

哈密盆地绿洲带地下水数值模拟及资源评价

哈密盆地是我国水资源最为贫乏的地区之一,但是近年来对地下水的大幅度开采导致了地下水位持续下降。为了研究哈密盆地绿洲带的地下水资源情况,构建了区域三维地下水流模型,模拟结果显示:哈密盆地绿洲带多年平均地下水补给量为5.51亿m~3/a,排泄量为6.58亿m~3/a,均衡差为1.03亿m~3/a。其中补给主要来源为暴雨洪流、山前侧向径流,河水入渗,井灌回归等,占总补给量的81.95%,排泄则以人工开采为主,占总排泄量的79.72%。在区域模型现状开采条件下,模拟了20年后地下水位的降深情况,并尝试通过优化开采布局的方法减缓绿洲带地下水降落漏斗的形成,结果表明优化开采布局有一定的可行性。     

基于VFSMOD模型的沙棘-灌草植被过滤带拦沙效果模拟

植被过滤带是拦截泥沙与地表径流的有效生物措施,其规划设计与众多因素有关。文中首先对VFSMOD(Vegetative Filter Strips Model)模型进行了简介,然后应用VFSMOD模型,主要对位于内蒙古砒砂岩典型地区-准格尔旗境内东一支沟小流域的沙棘-灌草植被过滤带对地表径流中泥沙的拦截效果进行了模拟。结果表明:所研究的植被过滤带带长为20~30m时,泥沙拦截效果最佳;植被过滤带的带宽为4~4.5m时,泥沙拦截效果较好;株距应设定在5~15cm之间较好,此时泥沙拦截率超过65.9%;泥沙拦截率与坡度呈负相关,即随着坡度的增加泥沙拦截率逐渐降低;糙率对泥沙拦截率影响较小,随着糙率的增大,泥沙拦截率逐渐趋于稳定值。本研究可为在砒砂岩地区,以沙棘植物为主体的混合植被过滤带的规划与设计提供理论依据。