基于Modflow-Hydrus耦合模型的改良盐碱土水平井排水效果分析

为了提高盐碱土改良水平,确定科学合理的灌排工程设计方案,建立饱和-非饱和土壤水分运移Modflow-Hydrus耦合模型,对试验区不同情景水平井的排水效果进行模拟分析.结果表明:当地下水位埋深较小时,季节变化对地下水综合补给强度有明显影响,当地下水位埋深大于6 m,不同时段地下水综合补给强度均趋于常数,当地下水位埋深较大时,通过厚层包气带的降水补给均匀;断续排水时单个水平井400 m控制范围内,潜水位显著下降,具有良好的疏干效果,降深与水平井的年抽水强度成正相关;天然环境条件下,区内降水入渗补给和潜水蒸发保持平衡,以试验区中心向外扩展,排水试验有效改善8倍试验区面积范围内降水入渗-潜水蒸发环境,使包气带土壤水分进入饱水带,潜水水位呈下降趋势.研究成果为盐碱土壤改良的水平井施工设计提供理论参考.     

不同潜水埋深污水灌溉氮素运移试验研究

随着污水灌溉的迅速发展,污水灌溉对土壤环境及地下水的影响日益受到人们的关注。通过污水灌溉田间试验,探讨了不同潜水埋深条件下,污水灌溉对土壤及地下水中硝态氮和铵态氮的影响。结果表明:硝态氮的淋溶深度与潜水埋深及灌水量呈良好的正相关;相同灌水水平,地下水中硝态氮浓度与潜水埋深成负相关,地下水埋深2、3、4 m地下水硝态氮分别增加33.99%、15.49%、7.50%;相同潜水埋深,灌水水平越高,土壤中硝态氮淋溶深度越深。     

SWAP模型模拟暗管排水条件下土壤水盐运移

【目的】研究内蒙古河套灌区暗管排水条件下作物根系层水分通量和盐分通量变化,寻求适宜当地的农田排水暗管规格。【方法】基于2018年和2019年田间试验观测数据,对SWAP模型进行率定和验证,并利用该模型对不同暗管埋深(1.5、2.0 m)和间距(30、45 m)下的40 cm土壤剖面处水分通量和盐分通量进行数值模拟。【结果】①存在灌水和降雨时,40 cm土壤剖面的水分通量向下,在暗管间距为45 m,埋深为1.5 m时,就2019年整个生育期而言,暗管间距减小15 m,向下的水分通量累积量增加5.2%,暗管埋深增加0.5 m时,向下的水分通量累积量增加83.9%;没有灌水和降雨时,40 cm剖面处的土壤水分通量以向上为主,暗管埋深和间距的变化对向上的水分通量影响不大,向上的水分通量在0～0.14 cm/d之间变动。②土壤盐分通量变化趋势和水分通量一致,在暗管间距为45 m,埋深为1.5 m时,就2019年整个生育期而言,暗管间距减小15 m,向下盐分通量累积量增加5.1%,暗管埋深增加0.5 m时,向下盐分通量累积量增加82.6%,增幅与向下水分通量累积量基本一致,且暗管埋深的变化对向下的盐分通量影响较明显。【结论】合适的暗管布设埋深和间距有助于土壤根系层的排水脱盐,其中暗管埋深对排除土壤盐分的影响更为明显,综合考虑不同暗管布局的排水排盐效果以及对产量的影响,认为当地暗管埋深取2.0 m,暗管间距取45 m较为适宜。     

基于RZWQM2模型的农田排水暗管优化布置研究

【目的】研究河套灌区葵花种植区暗管排水条件下农田土壤水分变化状态,探求当地适宜的农田排水暗管布置和控制排水方案。【方法】基于2018—2020年田间试验数据,对RZWQM2模型进行率定和验证,并利用该模型对不同排水暗管布置方案(同一间距不同埋深和同一埋深不同间距)和控制排水方案(不同时期不同排水口深度)下的土壤水分运移和作物生长情况进行数值模拟。【结果】(1)模型率定和验证阶段,砂土层土壤含水率RMSE为0.049～0.065 cm3/cm3,其余土层土壤含水率RMSE为0.012～0.037 cm3/cm3,累计排水量和产量MRE分别在5.88%和3.40%以下,地下水位、1 m土层土壤储水量和叶面积指数R2分别在0.798、0.817和0.912以上;(2)以现有排水暗管埋深1.5 m、间距45 m为基础,模拟得到采用埋深1.4 m、间距45 m的布置方案其地下水位抬高5.2 cm、排水量减少40.0%、增产85.3 kg/hm2;(3)采用雨季1.5 m、非雨季1.2 m排水口深度的控制排水方案,地下水位抬高2.2 cm、排水量减少46.0%、增产66.4 kg/hm2。【结论】RZWQM2模型能较好模拟排水条件下葵花种植区农田土壤水分变化,研究区推荐采用1.4 m埋深、45 m间距的排水暗管布置方案,在现有布置下雨季1.5 m、非雨季1.2 m的控制排水方案较为合适。     

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。     

淮北平原气象因素对裸地潜水蒸发的影响

【目的】理清气象因素对潜水蒸发的影响。【方法】采用五道沟水文实验站62套原状土蒸渗仪及气象场1991─2015年长系列实验资料,分析了潜水蒸发与水面蒸发、气温、降雨及地温的关系,并比较了气象因素对砂姜黑土与黄潮土潜水蒸发量影响的差异。【结果】砂姜黑土与黄潮土地下水埋深为0时的潜水蒸发均比水面蒸发小,且都与水面蒸发呈线性相关关系(R~2>0.9)。潜水蒸发与气温年内变化趋势基本一致,气温对砂姜黑土在地下水埋深小于0.2 m影响较大,大于0.4 m影响较小;对黄潮土在地下水埋深小于1.0 m影响较大,大于2.0 m影响较小。地温是潜水蒸发的能量来源之一,5—8月,潜水蒸发随地温的增加而增大;11月—次年2月,潜水蒸发随地温的增加而减小,而3、4月和9、10月处于转折阶段,规律性不明显。对多年平均月潜水蒸发与地温进行曲线拟合,采用高斯曲线拟合最好(R~2均大于0.9)。【结论】气象因素对地下水埋深浅的潜水蒸发影响明显,且对黄潮土的影响大于砂姜黑土,可用地温计算潜水蒸发。     

沿海新垦区灌水和降雨条件下暗管排水洗盐效果试验研究

为了探索沿海新垦区土壤快速脱盐的途径,设计了3种间距(10m、15m、20m)和3种埋深(0.6m、0.9m、1.2m)的暗管排水组合处理,在灌水洗盐和降雨洗盐2种方式下,开展了暗管排水效果以及排水含盐量变化规律的试验研究。结果表明:埋深相同,暗管间距越小,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;间距相同,暗管埋深越大,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;暗管埋深对暗管初始排水的盐度、电导率也有一定的影响,间距相同,暗管埋深越大,初始排水的盐度、电导率也越大。该研究为江苏沿海滩涂新垦区利用暗管排水技术改良盐渍土提供了支撑。     

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。     

土壤含水率对潜水蒸发的影响

<正> 土壤含水率是影响潜水蒸发的一个很重要的因素。但是,目前国内主要侧重于探讨蒸发力和埋深对潜水蒸发的影响,对土壤含水率与潜水蒸发的关系缺乏研究。本文根据实测资料,应用回归分析方法,探讨了潜水蒸发强度随土壤含水率的变化规律。并分析了不同深度的土壤含水率对潜水蒸发的影响。对潜水蒸发与土壤含水率的关系得到了初步认识。     

基于机械收割要求的稻麦轮作农田暗管排水布局模拟

南方稻麦轮作区现有明沟排水系统影响农业机械作业效率,不利于农业现代化发展;建设暗管排水系统可提高土地利用率和农业生产效率。以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,用农田排水模型-DRAINMOD分析了稻麦轮作农田暗管排水系统布置方案。模拟结果表明:作物收获期机械作业天数受暗管埋深和埋设间距的影响,随着埋深的减小和间距的增大,机械作业天数逐渐减小;在相同保证率和目标水位埋深要求下,水稻收获期的机械作业天数相对小麦收获期更易受降雨的影响。在水稻收获期,当暗管埋深为80～100 cm,满足大型机械90%、95%作业保证率的最大暗管间距分别为:26.0～32.0 m、14.0～21.0 m;满足小型机械90%、95%作业保证率的最大暗管间距分别为:26.5～33.5 m、18.0～23.0 m。研究成果可为类似地区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论参考。     

生态灌区农田排水沟塘湿地系统的构建和运行管理

建设生态型灌区是灌区现代化发展的重要内容。针对传统灌区农业面源污染日益严重的现状,总结了当前利用农田排水沟渠塘堰系统去除农业面源污染的研究进展,探讨了减污型农田排水沟渠塘堰湿地系统的构建方法,其基本特征包括:水利工程属性(排渍排涝及水流的不冲不淤要求),沟塘末端修建控制排水闸(低坝),种植优势植被,生态护岸(护底)工程,排水闸(退水闸)等水工建筑物减污型工况设计。分析了该系统的运行管理方式。     

大沟蓄水对农田水资源综合调控研究分析

以大沟蓄水技术的农田水资源调控技术研究为技术支撑,从大沟控制系统的规划设计、蓄水控制方案、对地下水的调控方案以及管理运行规则,将农田灌溉、排水、水资源高效利用和改善农田生态环境有机结合起来,应用于淮北平原试验区。统计分析试验区监测数据,结果表明,大沟蓄水是解决区域灌溉水资源短缺、调控水资源的时空分配和改善农田生态环境的一项有效措施。     

Salinity dynamics of wetland ditches receiving drainage from irrigated agricultural land in arid and semi-arid regions

Agricultural drainage ditches are considered as wetland ecosystems when they possess the characteristic hydrology, soil and vegetation of wetlands. In arid and semi-arid regions, wetlands receiving agricultural drainage have to cope with the conservative nature of salts leached from soils. Excessive accumulation of salts in wetlands may threaten the ecological functions of the system, thus endanger the sustainability of the drainage disposal system and the productivity of the farmlands. Based on the salt and water balance in a farmland drainage and wetland disposal system in arid regions, this paper presents a thorough investigation on salinity dynamics of wetland ditches receiving agricultural drainage. Theoretical equations were derived to describe salinity changes in water and soils of wetlands under both equilibrium and pre-equilibrium conditions; a case example was then used to display model predictions of salinity variations over time under different salinity management goals. The example wetlands are de facto drainage ditches that possess wetland characteristics, and the ditch to farmland area ratio is 9.1%. The results showed that salt as a conservative substance will eventually concentrate in the ditches to a very high level if there is little outflow discharge; but the salt accumulation process may develop over a relatively long time, which opens a time window for management practice, such as flushing the salts when fresh water is available. By assuming different threshold salinity levels in the ditches, the proposed analytical models were used to predict time intervals when fresh water recharge is needed to bring down the salinity level in the ditches. For the study area under current drainage practice, the predicted outflow to inflow ratio for salinity was 58.2% and reached an equilibrium level of 9.60 g L⁻¹ in the ditches; salinity levels in the ditches reached threshold values of 5, 7 and 9 g L⁻¹, in about 1, 4 and 12 years, respectively. Salinity analysis showed that the salt retention capacity of the ditch soil is limited, the soil salinity varied according to the ditch water; salt removal through plant uptake and harvest was insignificant. This study indicates that although salt concentration in wetlands receiving agricultural drainage may eventually build up to a critical level, timely recharge with fresh water may bring down salt content in the wetlands and sustain adequate environmental and ecological functions of such a drainage disposal system in arid and semi-arid regions.     

塔里木灌区棉田的水盐动态和水盐平衡问题探讨

利用2004年在极端干旱的塔里木盆地绿洲棉田灌溉试验数据,对常规地面沟灌和膜下滴灌棉田在不同灌溉定额下水盐动态进行了研究,对节水灌溉与农田水盐平衡问题进行了深入探讨。主要结论包括:①在2700m3/hm2灌溉定额时,常规地面沟灌和膜下滴灌棉田在生育期0~60 cm土层积盐,膜下滴灌的积盐率(12.4%)要高于常规地面沟灌的积盐率(3.4%);②在小于6000 m3/hm2的4种不同灌溉定额条件下,生育期棉田1 m土体上总体表现为积盐;③对于土壤初始含盐量高的新垦荒地,灌溉淋洗的作用要好于土壤盐分本底值低的土壤;④为了保持农田的水盐平衡,在极端干旱区需要进行非生育期以淋洗盐分为目的的灌溉。     

农田不同排水措施地下排水效果模拟试验研究

在地下水位较高、地表易于形成积水的中国南方地区,通过农田排水措施可以及时排除多余地表积水,快速降低地下水位,以达到排涝降渍、协同调控的目的.文中基于室内砂槽试验,揭示暗管排水、明沟排水、不同反滤体高度的反滤体排水及改进暗管排水等措施的地下排水规律及效果.结果表明:将暗管周围土体置换为高渗透性土体介质的改进暗管排水可明显提高排水流量,当土体置换高度达2 cm时(对应于田间条件40 cm),其排水流量均高于相同埋深条件下的其他排水措施,达暗管排水的1.59~1.66倍;改进暗排在地表积水消失时仍保持较大的排水流量,可达相同埋深暗管流量的2倍以上,在积水层消失后,能迅速降低农田土壤水的渍害胁迫,将地下水位降低至暗管埋设高度;各种排水措施,在地表积水即将消失时,出现了流量与水头变化幅度较大的现象.相对于各种地下排水措施,改进暗管排水在除涝降渍中存在明显优势.研究结果可为涝渍灾害易发地区高效除涝降渍减灾工程设计和建设提供参考.     

灌区土壤盐渍化发展模拟预测与对策研究

以秦王川灌区观测和调查资料为依据,采用目前广为实用的MODFLOW地下水模拟软件,对灌区地下水动态进行了预测和分析,并对地下水质的发展趋势作出评价。灌溉实施以来,秦王川灌区地下水位逐年上升。未来10年内盐沼区面积扩大约为28 km2,并且将继续增加,地下水埋深0~2 m的面积达31.4 km2,占灌区面积的比例约为6%。未来20年地下水埋深0~2 m的面积达47 km2,占灌区面积的比例为10%左右。根据地下水位的变化特征,对控制土壤盐渍化发展的因素和对策进行了分析,提出以明沟排水为主,加大灌区下游地下水排泄能力;以渠灌为主,适度发展井灌,大力推行田间节水灌溉技术等对策。     

傍河井取水与引黄河水之间的关系分析

以莘县为例,探讨傍河井抽取的地下水与引黄河水之间存在的关系。研究结果表明,引黄沟渠在抽水井影响半径2倍以外时,傍河井的数量或者抽水量足以引起引黄沟渠周围区域性地下水位下降,则引黄河水对该区域的地下水补给量就会增加,取水量越大,地下水位下降越大,补给量增加的也越多;当引黄沟渠在抽水影响半径2倍之内时,引黄河水就会直接补给水井,补给量与水井的单位时间出水量、水井与引黄沟渠的距离、抽水时间有关,出水量越大、距离越近、抽水时间越长,引黄河水的侧渗补给量越大,反之依然。     

生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素的去除效果

为研究灌排调控下生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素的原位削减效果,探讨低碳氮比对于系统氮素去除效果的影响.依据大田试验观测资料,分析了控制灌排模式下生态沟-湿地系统水体中氮素质量浓度变化规律和碳氮比分布特征.结果表明,控制灌排模式下生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素去除效果显著,施肥后排水中TN,NH4＋-N和NO3--N质量浓度出现峰值,在农沟拦蓄后质量浓度大幅下降,氮素平均去除率分别为63.9%,67.8%和83.2%.进入湿地再次净化后,氮素质量浓度进一步降低,平均去除率分别为47.7%,44.3%和82.0%.控制灌排模式下系统水体中有机质对水环境影响较小,水体碳氮比水平总体偏低.控制灌排模式下生态沟-湿地系统很好地实现了对氮素的原位削减,低碳氮比对于系统氮素去除效果的影响不大.     

入沟流量对灌水质量和水流特性的研究

通过垄作沟灌的田间灌水试验,用极差分析研究入沟流量、沟宽、沟深、沟底纵坡4个技术参数对灌水质量的影响和研究入沟流量对地面水流特性的影响。研究表明:入沟流量对灌水质量影响最大,其次为沟底纵坡、沟深和沟宽;水流推进时间随着入沟流量的增大逐渐减少,推进速度逐渐加快,水流推进距离与水流推进时间呈幂函数关系,相关程度都大于0.99;水流消退时间随入沟流量的增大逐渐增大,消退速度逐渐减小,尽管水流消退时间与距离也呈幂函数关系,但二者的相关性没有推进过程的好。研究成果对我国入沟流量的相关研究具有一定的参考价值。     

基于沟式栽培的全封闭温室降温方法及蕹菜生长研究

利用地温相对恒定、受外界环境影响较小的特点,在全封闭温室内采用沟式栽培法,营造适宜作物生长的条件,研究了沟式栽培条件下温室内环境因子的差异以及其对蕹菜生长、产量和水分生产率的影响。结果表明,随着沟深的增加,植株生长点的温度和光照度降低。沟壁贴反光膜处理也表现相同的规律,但同深度沟内的温度和光照度明显升高。各处理的空气相对湿度保持在25%~60%之间,适宜作物生长。无反光膜处理植株长势优于反光膜处理。无反光膜条件下,基质距地表不同深度处理下产量均值表现为:0.5 m0.7 m0.25 m0.9 m。耗水量表现为随着沟深增加而减小。无反光膜处理下水分生产率和耗水量则随着沟深度的增加而增加,贴反光膜处理均小于同深度无反光膜处理。沟式栽培法可解决全封闭温室的高温、高湿问题,同时大大提高了作物水分生产率。