反渗条件下排水沟与农田水盐交换关系

因干旱和半干旱下游灌区地势较低,排水出路不畅,排水系统往往成为承泄区外来水(上游灌溉退水和排水)的蓄水场所,使排水沟水位高于农田地下水位,反渗补给农田地下水,作物利用部分排水以后,如何维持农田良性的水盐平衡成为下游灌区一个迫切需要解决的科学问题。该文基于农田水盐平衡原理,以陕西一半干旱区下游灌区为例,在实测资料的基础上,首先利用田间水文模型DRAINMOD模拟了排水沟蓄水条件下,农田水位变化情况,然后计算分析了农田与排水沟的水盐交换关系。结果表明:在一个完整的种植年内单位长度排水沟上累计承接区外来水量为9.3 m3,减去流出水量,累计蓄积区外来水量为5.5 m3,农田单位面积上反渗累计补给田间地下水量为49.2 mm;累计农田排水量仅为2.3 mm。与作物蒸散发相比,现状条件下补给量虽然较小,但对维持和补给农田地下水起到了一定的作用。所产生的补给作用虽然增加了排水沟内盐分向田间地下水中的运动,但作物利用地下水过程中根区没有出现严重的盐分累积,对田间地下水盐分浓度影响也不大。所以,通过合理调控措施,充分利用区外来水,可以提高水资源利用效率。但排水系统长期运行条件下,高水位对农田水盐平衡的影响尚需进一步研究。     

盐碱化改良区农田排水沟水体与底泥界面微环境特征分析

深入探究农田排水沟水体与底泥界面微环境对界面间物质交换和迁移转化具有重要意义,为了明确不同水力联系的排水沟界面微环境特征,该研究利用微电极测量系统对陕西卤泊滩盐碱化改良区和盐荒地2种水力条件差异较大的排水沟水体与底泥界面微环境进行了研究。结果表明:改良区与盐荒地排水沟水体水质指标和底泥含水率、有机质、硫酸盐含量等方面均存在不同程度的差异,底泥含水率自表层向下逐渐减小;改良区与盐荒地底泥氧气最大渗透深度分别为10.2和2.6 mm,扩散边界层厚度分别为0.4~0.8 mm和0.2~0.4 mm;改良区排水沟底泥硫化氢浓度小于10μmol/L,而盐荒地高至178μmol/L。研究结果可为研究区及类似地区利用排水沟渠湿地控制和治理农业面源污染、改善农田生态环境提供参考。     

扬州沿运灌区暗管排水土工布外包滤料的水力性能试验研究

农田暗管排水系统建设是提高农业机械化作业效率的有效措施之一.土工布作为排水暗管外包滤料时,需要具有良好的透水性能和抗淤堵能力.文中以扬州段沿运灌区为例,针对当地土壤中粉粒含量较高,土工布外包滤料筛选困难等实际问题,参考相关技术准则,选用2种开孔率和厚度不同的土工布进行了水力渗透试验,并与传统的河砂反滤材料进行了对比,筛选出适合当地土壤的土工布外包材料.研究结果显示,所选用的2种土工布透水性能存在较大差异,其中厚度较大(0.41 mm)、孔径较小(180 μm)的土工布A的透水性能较好,渗透系数为初始值的54.1%,高于河砂滤层的46.1%,而厚度为0.35 mm、孔径为227 μm的土工布B渗透系数仅为初始值的30.2%.相比于土工布B,土工布A具有更好的抗淤堵能力,长期使用后淤堵率比土工布B低16%.通过对土工布表面形成的、透水性较低的滤饼分析发现,土工布B不但自身发生了较大程度淤堵,其表面形成的滤饼较为密实,是影响其渗透性能的直接原因.     

对湿地定义和湿地水文特征的探讨

湿地在生态系统中的功能和价值已得到公认,但对湿地的破坏却因种种原因仍在继续.根据国际上对湿地的不同定义,讨论了湿地定义对湿地保护的重要性,同时结合我国一些地区的研究成果,指出湿地保护应以保护从陆地到水体的过渡带为主,而将水体本身以及诸如稻田一类的人工系统包括在湿地中,则会对湿地保护带来负面影响.最后根据美国不同部门对湿地水文特征的定义探讨了识别湿地水文特征的标准.     

盐碱地排水沟蓄水后底泥与水体盐分交换试验

因长期累积效果,盐碱地排水沟内盐分含量不断升高,危及排水沟系统的生态功能,利用淡水定期进行稀释可延缓盐分累积过程。该文以陕西富平县卤泊滩盐碱地改良区为例,通过实验室土柱试验,研究了排水沟蓄集淡水、水体保持静态条件下,底泥与上覆水体的盐分交换规律,揭示了底泥盐分释放的内在机理。研究结果表明,在分子扩散作用下底泥-上覆水界面之上10cm的范围内存在一个高盐分渐变区(即扩散边界层),10cm以上的水体盐分基本一致;分子扩散是边界层内盐分运移的主要机制;扩散边界层对底泥盐分释放具有一定的阻滞作用,并且随着边界层厚度的增加,阻滞效应也显著增强;底泥盐分释放通量符合负的幂指数形式。     

利用DRAINMOD模型模拟银南灌区稻田排水过程

宁夏灌区大量的农田排水是目前造成黄河及其周边地表水域污染的原因之一。为了改善灌区水管理状况，该文利用美国农业部所推荐的田间水文模型——DRAINMOD，对宁夏银南灌区稻田排水过程进行了模拟研究。结果表明：模拟的农沟排水量与试验观测值极为接近，年平均排水量误差仅为0.4%；日地下水埋深预测值的Nash Sutcliffe效率系数达到了0.86；由于理论方法无法考虑田间水位的动态变化，按照平均田间水位计算的生长期内排水量超过实测值36%。这表明利用模型可以更详细地描述田间水文过程，并灵活地对灌区长期运行进行预测。     

平原河网区排水沟塘水质动态与景观特征的关系

为了探讨沟塘水质与景观特征之间的关系,以长江下游平原典型沟塘系统为研究对象,首先根据总氮（TN）、总磷（TP）、铵氮（NH₄⁺-N）、硝氮（NO₃^--N）浓度分析水质时空变化,再用景观指数法和土地利用动态模型分析沟塘景观特征变化,然后用Pearson相关性分析以及冗余分析对二者的关系进行研究。结果表明：不同季节的沟塘水质对景观特征有不同的响应,景观特征对干季的水质变化解释度能够达到47.3%,相对于湿季水质有较强相关性。沟塘景观结构能够解释15.7%~47.3%的水质变化,沟塘边缘密度在不同时段均对水质有重要影响,与污染物浓度呈显著负相关;景观组成中沟塘对水质作用相对较弱,但在景观结构中沟塘类型景观指数相较于其他斑块类型景观指数作用较强。研究表明,沟塘的形态结构特征对不同时段水质有重要影响,聚集的沟塘斑块以及复杂的边界条件对水质有利,沟塘景观特征与干季水质相关性较好。     

总水势概念的定义、计算及应用条件

SPAC系统理论中引入能量观点认为水分运移取决于其驱动力-水势差(即能量差)的大小和水流的阻力.但目前水势定义的本质是等温条件下摩尔吉布斯函数之差,并不能涵盖总能量.该文首先提出"总水势"的概念来表达水分的总能量,按照总能量观点对其进行定义;然后对构成总能量的每个分势进行了分析计算;最后,探讨了总水势的物理意义和限制条件,以了解实际应用中出现的一些误区.     

基于HYDRUS模型的盐碱地土壤水盐运移模拟

为了解陕西卤泊滩盐碱地的水盐运移情况,基于当地2009—2013年田间水盐监测资料,应用饱和-非饱和土壤水分及溶质运移理论,利用HYDRUS-1D数值模型对当地土壤水分、盐分运移规律进行数值模拟,分析了盐碱地的水盐变化状况,确定合理的田间灌水定额。结果表明:在玉米整个生育期内,不同灌溉处理的土壤含水量变化趋势基本一致,从节水控盐的综合标准衡量,农田灌水定额为500 m3·hm-2时有利于控制土壤盐分的累积。采用HYDRUS-1D模型对盐碱地农田土壤水盐运移的模拟结果与田间试验实测结果基本吻合,该研究结果可为类似盐碱化地区农田水盐管理提供科学依据。