基于集合卡尔曼滤波的灌域尺度地下水多参数联合反演

【目的】进行灌域尺度的地下水多参数联合反演。【方法】利用集合卡尔曼滤波(En KF)方法,基于二维潜水运动模型SWF2D,构建了地下水多参数联合反演模型SWF2D_DA。以内蒙古河套灌区永济灌域为研究对象对地下水参数进行了反演分析,该地区地下水运动共涉及8个参数,分别为给水度Sy,降雨入渗补给系数aP,两阶段的灌溉入渗补给系数aI1、aI2,两阶段的潜水蒸发参数aA1、aA2和两阶段的潜水蒸发极限埋深aS1、aS2,采用SWF2D_DA模型分别反演了2待定参数情况和8待定参数情况。【结果】模型对2参数反演平均相对误差MRE为0.124%,均方根误差RMSE为0.002 663,8参数反演MRE为0.376%,RMSE为0.003 283,反演结果均满足精度要求,同时反演8参数会增加得到理想参数所需的同化步。同时,还设置5种观测误差方差,分别为0.01、0.000 1、0.002 5、0.1、0.64 m2,讨论了不同观测误差方差对反演结果的影响。当观测误差方差大于0.1 m2时,随着观测误差增大,MRE、RMSE、Spread增长较快,即观测误差过大会影响数据同化的反演精度;当观测误差方差在0.000 1~0.01 m2之间时,随着观测误差减小,MRE、RMSE并无显著变化,即观测误差达到一定精度时,即使观测误差减小,模型也不能得到精度更高的解,反而增加了观测成本。【结论】模型SWF2D_DA可以实现大尺度复杂地区的多参数联合反演,且待求参数越少,得到可靠的结果所需同化步越少;增加参数个数,需增加同化步。在目前的观测条件下,在观测误差方差为0.01 m2、相对于地下水位最大变幅的相对观测误差在4.4%以内的情况下,反演得到的地下水参数可满足精度要求,同时观测成本较低。     

基于人工示踪方法的河套灌区根系层净淋滤水量研究

【目的】获取河套灌区作物根系层的净淋滤水量,对灌区根系层进行盐分平衡分析。【方法】兹利用溴离子作为人工示踪剂,研究了河套灌区根系层净淋滤水量,并采用简化的盐分平衡方程估算盐分达到平衡时根系层的平均土壤含盐量。【结果】河套灌区根系层年净淋滤量为40.8 mm,与水均衡法计算结果(41.6 mm)相互验证良好;不同灌溉方式的净淋滤量之间存在明显差异;地下水埋深和秋浇水量是决定净淋滤水量的关键因素。灌区若采用矿化度为1.0~2.5 g/L的地下水进行灌溉并维持现有灌溉制度,盐分平衡时的根层土壤溶液质量浓度将接近作物耐盐极限。【结论】灌区引黄水渠灌可维持现状灌溉制度不变;若采用矿化度较高的地下水进行灌溉,需适当加大淋盐水量,以保证长期利用条件下根系层盐分能满足作物正常生长的要求。     

区域地下水的具有时变特性的预报模型

提出了一种用于描述和分析具有趋势性、周期性、时变性的时间序列的新的组合模型时变ＡＲ（Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）组合模型,该模型由确定性和随机性两部分组成。在建模中,将原序列分解为幂函数趋势部分、周期项和残差随机序列,其中,残差随机序列用时变ＡＲ模型（自回归模型）建模。采用这种新的组合模型对区域地下水位动态进行了预报,结果表明预测效果较好。并且在该模型所用的计算软件中利用ＶＢ（ＶＩＳＵＡＬＢＡＳＩＣ）提供的丰富界面来管理建模原始数据所在的数据库,从而使输入原始建模数据变得简便准确,避免了以往的计算机软件中输入数据的繁琐和不准确性。     

内蒙河套灌区义长灌域水均衡分析

针对义长灌域土地利用的主要特点,建立了以土壤水为中心的非农区农区水域水均衡模型,该模型可根据历年实测的引排水量等资料,对义长灌域的非农区、农区、水域以及农区与非农区、农区与水域之间的水分迁移转化进行分析。提供了定量分析的结果,为义长灌域水资源有效利用提供参考。     

饱和-非饱和土壤中溶质的溶解-结晶二相模型初探

目前溶质运移的模型主要采用水动力弥散方程来实现,但水动力弥散方程不能考虑到溶解在地下水中的溶质因为溶解-沉淀作用形成结晶而积聚在土壤中的事实,这部分结晶相溶质不能直接通过水动力弥散作用而随地下水迁移。将土壤中的溶质分解成溶解相溶质和结晶相溶质,试图对溶质在随地下水-土壤水分运动而迁移,并同步沉积、释放的动态变化过程进行定量化的描述,建立起更为合理的地下水中溶质迁移和积聚的动态数学模型。     

对内蒙古河套引黄灌区续建配套节水改造规划中几个问题的认识

针对内蒙河套灌区引黄灌溉水量配额减小,灌区工程老化失修,以及灌溉用水效率低下的现状,提出了以续建配套、调整作物种植结构以及井渠结合、充分利用地下水的节水改造方案,并对灌区的可持续发展进行了探讨。     

冻结期与融解期潜水蒸发系数模拟研究

根据河套灌区的长期观测资料,确定非冻融期参数后,由稍作修改的水量均衡方程及优化求解方法计算地下水埋深,对冻融期潜水蒸发系数公式逐步进行分析改善,最后在冻结期和融解期采用增加常数项的指数形式的潜水蒸发计算公式,模拟计算的地下水埋深与实际观测结果拟合最好。根据模拟结果,冻融期的潜水蒸发系数仅用地下水埋深来表示,其它影响因素反映在参数中,模型简单,方便实用。     

不同作物种植条件下微咸水灌溉的土壤环境效应试验研究

在田间试验条件下,采用正常灌溉定额和淋洗灌溉定额2种灌溉水平,对小麦、葵花、玉米3种作物进行了不同灌溉水浓度处理的灌溉试验,对3种作物种植条件下土壤水盐运移规律进行了研究。研究发现灌溉水浓度达到某一临界值时,盐分将在土壤剖面一定深度的土层内聚集明显增大。且不同作物的临界灌水浓度值不同。     

大棚控制排水对土壤水氮变化的影响

农田排水技术能够解决大棚种植条件下的次生盐渍化问题,因此得到了较广泛的应用。为了分析大棚控制排水条件下的土壤水分和土壤氮素的变化规律,在田间试验的基础上,采用RZWQM（root zone water quality model）模型对不同控制排水处理下的土壤水分含量、土壤氮素含量及氨挥发过程等进行了模拟校正和验证,并利用模型对不同控制排水条件（不同暗管间距和不同控制出口深度）下的水氮变化情况进行了分析。模型在校正阶段的分层含水率模拟均方根误差（RMSE）为0.038～0.050cm3/cm3,验证阶段的分层含水率模拟均方误差（RMSE）为0.040～0.081 cm3/cm3。结果表明：RZWQM模型能够较好的模拟田间水肥变化情况;控制排水对地下水位的控制效果显著但没有对作物的水分利用产生太大影响;不同暗管间距和控制深度下,暗管排水总量、排氮总量和渗漏氮总量都受到了极显著的影响,氮肥利用效率则受暗管间距影响而对控制深度不敏感。