冬小麦种植条件下土壤水盐运移特征的数值模拟与预报

种植作物条件下水盐在土壤中的转化和运移构成了一个非常复杂的物理-化学-生物系统。研究种植作物条件下土壤水盐运移的动态规律和运行特征,建立水盐运移的数学模型对于指导盐渍土的灌溉管理及劣质水利用、土壤盐渍化与持续农业和生态环境之间的相互作用及土壤盐渍化预测等方面具有重要的意义。本研究首先提出了自主开发的土壤水盐运移的数学模型SWSTM(Soil Water and Salt Transport Mod-el),然后对冬小麦种植条件下土壤水盐的运动规律和特征进行了数值模拟,最后对不同地下水位和不同气象条件下的土壤水盐运移规律进行了数值预测,以期从土壤水盐运动的规律出发,提出一种应用数值模拟方法来预报土壤水盐动态的途径,同时为种植作物条件下田间大面积土壤水盐动态预测预报提供参考。     

作物种植条件下的土壤水盐动态变化研究

通过在大型模拟试验土柱上进行连茬作物的种植试验,运用一系列的监测仪器进行了土壤水分盐分及其它相关要素的数据获取,阐明了作物种植条件下土壤的水盐动态变化特征;并且侧重就植被与气候因素对土壤水盐动态的影响进行了相关分析和纵向研究,得出了水盐的动态变化规律,为土壤水盐运移模型的建立和土壤的盐渍化预测预报研究奠定了基础。     

微区作物种植条件下不同调控措施对土壤水盐动态的影响特征

本文研究了在试验微区内进行作物种植条件下不同调控措施对土壤表层20cm和土壤中层50cm处的电导率和0~120cm土壤水分的影响。分析了作物种植条件下土壤的水盐动态变化规律和引起变化的原因。综合考虑了灌溉水矿化度、灌水次数、灌水量,有机肥施用量及覆盖5种不同试验因素下,土壤水分和盐分在不同阶段的变化过程及机理的差异。得出试验因素影响因子对土壤水分盐分动态的作用及其调控机制;试验因子对土壤水盐动态的权重性分析和试验结果指标的综合因素分析;咸水或者边缘水质灌溉水利用过程中的土壤盐分动态与防盐调控机制,阐明了土壤水盐变化规律及其作用机理。     

棉花膜下滴灌土壤水盐运移规律数值模拟

通过棉花桶栽试验,获取棉花全生育期土壤蒸发蒸腾量以及土壤含水率、含盐量变化规律。以土壤水分运动基本方程和溶质运移对流-弥散方程为基础,在考虑棉花根系吸水和土壤蒸发蒸腾条件下,对膜下滴灌棉花全生育期时段内土壤中水盐运移规律进行了数值模拟,并与实测的土壤含水率和含盐量进行了对比分析。其结果显示:土壤表层和深层的土壤含水率和含盐量模拟值与实测值均存在不同程度的偏差,而中间层土壤含水率和含盐量的模拟值较接近实测值。因此,只要能够获得足够的精确的大田实测资料,就可以将该模型应用于棉花膜下滴灌土壤水盐运移规律的实际预测。     

明沟排水洗盐条件下土壤水盐动态模拟研究

运用数值模拟的方法,对明沟排水洗盐过程中土壤水盐运移动态进行了研究。在沟距一半处土壤水盐运移可近似视为一维运动,冲洗脱盐率与脱盐深度最小,并沿这一位置形成对称分布;整个冲洗过程中,含盐量的变化总是稍滞后于含水率的变化;分析冲洗后不同含盐量剖面的返盐率发现,返盐率与含盐量符合幂函数关系,含盐量较低时,返盐率较高,反之亦然;运用数值模拟方法,建立了区域不同含盐量情况下明沟排水洗盐沟距一半处的洗盐制度。     

农田明渠排水条件下土壤水盐运移规律研究

土壤水分、盐分、地下水埋深是表征当地土壤质量的重要状态变量,研究其动态变化过程是研究土壤质量演变规律和赖以防治土壤盐渍化的重要方面.在农田明渠排水条件下,土壤中发生的各种物理、化学和生物过程尤为复杂.因此通过对农田土壤盐分的定点实时监测,能够定量表征农田生态环境状况优劣;地下水位埋深变化,可警示农田盐渍化的演变,对调整灌溉定额采取预防措施有指导意义.同时通过实验计算确定了农田斗排的合理间距.     

土壤水盐运移的简化数学模型在水盐动态预报上的应用研究

对土壤水盐运移的确定性数学模型 ,采用数值模拟的简化法 ,实现对方程的求解。并引入水分运动原理、质量守恒原理 ,根据地下水、土壤水盐运动的特点 ,建立土壤剖面含水量分布的概化模型和土壤盐储量的预报模型。以期从土壤水盐运动的机制出发 ,提出一种应用简化数值模拟方法来预报土壤水盐动态的途径。同时为适应大面积田间土壤盐分预报的特点 ,希望不通过方程的求解来达到应用简化数学模型实现水盐动态预报的目的。所建简化数学模型可为田间大面积土壤水盐动态预测预报提供参考     

作物生长条件下农田水盐运移模型

将农田水、盐运移与作物动态生长这一大系统分解、组合,分别建立了饱和—非饱和土壤水分运动、土壤盐分运动及农作物生长３个子模型,分析了３个子模型之间的动态耦合关系,并给出了相应的求解方法,结合实例进行分析,结果表明,实测资料与计算结果吻合较好,为节水灌溉和防治盐渍化提供了新的决策途径。     

咸水畦灌条件下土壤水盐运移规律

在环渤海地区采用咸水播前造墒方式,研究不同土层的水盐运移规律以及土壤含盐量周年变化,为确定合理的灌溉指标提供理论依据和技术参数。结果表明：在不同的土壤含水量条件下,土壤剖面的水分和盐分分布呈现显著差异,其中0-60cm和0-40cm土层分别是土壤水分和盐分的易变层;土壤含盐量不仅和土壤水分存在密切关系,而且随着灌溉水矿化度的增加而增加;为实现土壤可持续的生产力水平,土壤盐渍化状况应控制在轻度水平,从这个意义上讲,灌溉水矿化度最好控制在6g/L以下。咸水播前造墒方式有效扩大了咸水的可利用范围。     

干旱内陆河灌区灌溉条件下土壤水盐运移规律分析

利用中子水分仪和负压计对干旱内陆河灌区田间土壤水、盐及地下水动态进行监测,结果表明：在全生育期里,积盐脱盐交替频繁,交替周期与灌水周期对应;超大水量冬灌方式是导致灌区土壤盐渍化恶性循环的主要原因;对农田土壤盐分的定点实时监测,能够定量表征农田生态环境状况优劣;地下水位埋深变化,可警示农田盐渍化的演变,对调整灌溉定额采取预防措施有指导意义。     

阿特拉津在饱和砂质壤土中非平衡运移的模拟

针对农药阿特拉津在稳定流场饱和砂质壤土中的运移 ,根据平衡与非平衡假设条件下对流—弥散方程数学模型的解析解 ,基于易混合置换实验获得的阿特拉津和示踪溶质Br- 的穿透曲线及批量平衡法求得的阻滞因子 ,应用CXTFIT 2 .0软件 ,通过拟合土柱实验中溶质的出流浓度变化 ,估算了模型的有关参数 ,在此基础上模拟分析了实验土柱不同埋深处阿特拉津的出流浓度和累积淋溶量动态 ,结果表明 ,化学非平衡的两点模型对本文实验条件下阿特拉津运移的仿真具有较高的精度     

阿特拉津在饱和砂质壤土中非平衡运移的模拟

针对农药阿特拉津在稳定流场饱和砂质壤土中的运移 ,根据平衡与非平衡假设条件下对流—弥散方程数学模型的解析解 ,基于易混合置换实验获得的阿特拉津和示踪溶质Br- 的穿透曲线及批量平衡法求得的阻滞因子 ,应用CXTFIT 2 0软件 ,通过拟合土柱实验中溶质的出流浓度变化 ,估算了模型的有关参数 ,在此基础上模拟分析了实验土柱不同埋深处阿特拉津的出流浓度和累积淋溶量动态 ,结果表明 ,化学非平衡的两点模型对本文实验条件下阿特拉津运移的仿真具有较高的精度     

土壤水盐运动的时空模式化研究

文章初步分析了土壤水盐运动的机理模型,总结了对流—弥散方程建立的一般思路及数值解法的局限性。基于?S敿际醯慕嵌?概括了土壤水盐运动空间模式化研究内容,探讨了GIS与溶质运移模型的集成问题,指出了Geodatabase、COM等技术的发展为GIS与水盐运动机理模型集成提供了发展契机。     

SIMULATION MODEL OF WATER AND SOLUTE TRANSPORT IN TWO TYPES OF ROCKWOOL

The aim of this study is to present a two dimensional model for describing the movement of water and solute transport in two types of rockwool slabs – Floriculture, a high density type; and Expert, which has a low density. Water movement is described by the Richards equation, which is implicitly solved using the control volume finite element method. The governing convection dispersion equation describing the solute transport is explicitly solved. Numerical solutions are obtained for the distribution of water and also for the concentration of solute. The model is validated by comparing the results of water transport developed by this model with numerical results obtained by CFD that are validated by experimental results. A composite substrate is tested and validated, and is shown to give good conditions for development of plants.     

不同蓄水位下水体—土壤循环压盐数值模拟研究

"改排为蓄"是盐碱地治理方法的重大创新,为揭示不同蓄水位条件下蓄水沟水体与相邻土壤之间动态循环压盐的机理,自制实验装置模拟水体与土壤之间盐分运移实验,通过对蓄水水位高低的循环变化,研究不同土层盐分的运移规律。结果表明:蓄水水位的循环变化对土壤盐分迁移起着至关重要的作用,当蓄水位70 cm→40 cm→20 cm的循环变化时,表层0～65 cm土壤的盐分逐渐扩散至水体,盐分再由水体中逐渐向底层65～100 cm土壤迁移,改变盐分在垂直方向的分布,逐渐向下压盐。针对研究对象,建立盐分运移数学模型,采用Hydrus-2D软件进行数值模拟,经分析比较,不同土层盐分运移数值模拟结果与实验结果数值基本一致,模拟效果较好。因此,不同蓄水位下,水体-土壤间循环压盐机理是成立的,"改排为蓄"治理模式是可行的,可以达到盐碱地改良的效果。     

土壤溶质运移模型的研究及应用

土壤溶质运移的研究已成为土壤学、生态学、水资源学以及资源与环境科学等相关学科的基础和前沿研究领域。本文系统地论述了不同尺度下土壤溶质运移模型的研究进展,对其在农业生产、资源利用和环境保护方面的应用进行了简要综述,并就其未来发展趋势进行了展望。     

滴灌流量对土壤水盐运移及再分布的作用规律研究

通过室内土箱模拟试验,对不同滴头流量处理的土壤水盐运移及再分布规律进行了研究,结果显示:两滴头交汇界面处的湿润锋依滴头流量不同而呈椭圆形或圆形;大滴头流量促进了水分的水平运动,水平扩散速率明显大于垂直入渗速率;随着滴头流量的减小,水平和垂直方向的入渗距离逐渐接近;土壤湿润体体积与总灌水量有关,而与滴头流量并无显著相关;根据湿润锋的运动,给出了试验用土大田建议滴头流量;滴灌结束后,水盐经历了一个非常重要的再分布过程,经过再分布,土壤水盐进一步向深层运移,促进了上层土壤的淡化,小滴头流量的淋盐效果明显好于大滴头流量;土壤盐分的运移在前3天的再分布中最为活跃;试验得出了保证作物生长需要和淋盐需要的每滴头灌溉水量,对实践具有一定的指导意义。     

蒸发条件下粘土层对土壤水和溶质运移影响的模拟

以土壤水和溶质运移的动力学原理为基础 ,采用数值模拟方法 ,研究了在浅层地下水和蒸发条件下含有粘土层土壤的水和Cl-的运移状况 ,重点探讨了两种粘土的层位和层厚对水和Cl-运移影响的差别及原因。研究结果表明 ,粘土层对土壤的水和溶质运移影响的程度 ,与层状土壤中该粘土及其组合土壤的水力学性质有关。本文模拟的重粘土 (简称Y粘土 )与轻壤土所组成的层状土壤 ,其基本情况为 ,随粘土层层位的升高和层厚加大 ,土壤水分蒸发和地下水补给速率降低 ,Cl-积累减少。而轻粘土 (简称R粘土 )与轻壤土所组成的层状土壤 ,由于它们的导水率曲线在压力水头h约 - 10 0 0cm处相交 ,当h低于此值时 ,R粘土的导水率就大于轻壤土的。因此 ,蒸发、补给速率和Cl-积累强度出现以顶位最高 ,甚至高于均质轻壤土 ,其次为底位 ,最低为中部层位的现象。在蒸发条件下Cl-在剖面中的积聚部位主要是土表。粘土层的存在 ,起到了阻滞作用 ,而阻滞程度则与该粘土水力学性质、层位、厚度和地下水埋深有关