基于HYDRUS-2D模拟暗管排水条件下淋洗制度对土壤水盐运移的影响

为研究暗管排水条件下淋洗制度对土壤水盐运移的影响,本文以沿海盐碱地区为研究区域,选定典型试验地进行现场试验,利用现场试验数据率定了HYDRUS-2D模型参数并验证了模拟暗管排水的准确性,运用验证后的模型模拟了不同淋洗制度情况下的土壤盐分分布。结果表明:HYDRUS-2D能够较好地模拟暗管排水条件下的土壤水盐运移;在相同水量淋洗情况下,持续淋洗的淋洗效果优于间隔淋洗,间隔淋洗间隔时间越长淋洗效果越差。研究成果可为暗管排水条件下盐碱地淋洗制度的确定提供参考。     

海涂垦区暗管排水条件下水盐运移规律初探

针对江苏海涂垦区滩涂盐碱地成陆时间短、土壤贫瘠、含盐量高、地下水埋深浅等特点,开展在暗管控制排水条件下沿海垦区土壤盐分运移规律的研究。通过不同间距暗管布设及排水控制,对土壤盐分变化、作物产量及水、盐运移规律进行了分析研究,初步探明了海涂垦区土壤水盐运移的规律。结果表明:暗管间距、测点至暗管的水平距离2个变量与土壤含盐量变化的速率呈负相关;暗管排水能有效地控制地下水埋深,降低土壤表层盐分,增加作物产量。     

基于HYDRUS-2D模拟暗管排水条件下分区淋洗对土壤盐分分布的影响

为探究暗管排水条件下分区淋洗对土壤盐分分布的影响,以沿海盐碱地区为研究区域,选定典型试验地进行现场试验,利用现场试验数据率定了HYDRUS-2D模型参数并验证了模拟暗管排水的准确性,运用验证后的模型模拟了不同分区淋洗情况下的土壤盐分分布.模拟结果表明:HYDRUS-2D能够较好地模拟暗管排水条件下的土壤盐分分布.在暗管...     

新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅰ:模型与参数验证

新疆地区广泛应用膜下滴灌技术进行棉花种植,易在膜下浅层根区(0~40 cm)形成淡化区域,而深部根系层(40~60 cm)却始终处于积盐状态,具有较大的积盐和返盐隐患。为了更为便捷地探索节水、高效的暗管排盐模式,在开展蓄水淋洗条件下暗管(埋深60 cm、间距500 cm)排水、排盐田间试验和分析建立相应数值模型的基础上,利用HYDRUS软件和田间试验数据对所建立的数值模型和水盐运动参数进行了校验,结果表明模拟值与实测值之间整体吻合较好,剖面土壤含水量分布的最大均方根差(RMSE)和最小决定系数(R2)分别为0.025 cm~3/cm~3和0.88,含盐量分布的最大RMSE和最小R2分别为2.74 g/kg和0.93,基本在可接受范围之内。尽管剖面土壤脱盐率可达77.5%,但绝大部分盐分都被淋洗至暗管以下土层,暗管排盐量十分有限,仅占60 cm以上土体盐分总量的11.7%,因此有必要探索膜下滴灌棉田暗管排盐的改进模式或方法,以有效提高其排盐效率。本文所建立的数值模型和相关水盐运动参数可以较好地描述暗管排水、排盐过程中的土壤水盐动态,并进一步用于当地膜下滴灌棉田不同暗管排盐模式的数值模拟与分析,从而为新疆膜下滴灌棉田高效排盐模式的探索提供科学依据。     

干旱扬黄灌区漫灌方式下土壤水盐运移模拟

干旱扬黄灌区田间灌溉过程的水盐运移具有独特性。选取甘肃景电灌区的典型试验点,构建基于HYDRUS-2D软件的土壤水盐运移模拟模型,模拟了间歇性定额灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,各试验点耕作层土壤平均含盐量均大幅下降,土壤盐分缓慢下移,耕作层土壤脱盐趋势明显。各试验点耕作层土壤在灌水压盐及蒸散发返盐双重作用下,交替发生了脱盐和积盐现象。灌溉和蒸散发是影响干旱扬黄灌区田间土壤水盐运移的重要因素。灌水定额取4 000~6 000 m3/hm2的土壤脱盐效率较高,且首轮灌溉使田间0~100 cm土层含水率达到饱和、后几轮灌溉逐步增加灌水量的灌溉方案更有利于排出田间土壤盐分。     

黄河三角洲暗管排水排盐工程参数设计与应用

为进一步简化黄河三角洲盐碱区暗管排水排盐工程规划设计方案,结合土地开发工程典型实例,通过对项目区实际情况的分析,探讨了暗管排水工程规划设计关键参数确定的理论模型及其简化求解方法。黄河三角洲地区多采用单级暗管形式,暗管材料选用外径为110 mm的PE双壁波纹塑料打孔管;暗管埋深建议为1.2～1.7 m;根据不同的排盐标准,计算出相应的排水模数,结合排水区域土壤的渗透系数,提供了暗管间距选择参考表,得出项目区暗管布设间距范围可取17～27 m,平均为22 m。     

膜下滴灌条件下KNO_3肥液浓度对土壤水盐运移的影响

为了研究膜下滴灌条件下不同肥液浓度对土壤中水盐分布规律的影响,通过大田作物试验,采用滴灌系统进行水肥一体化灌溉,测量不同KNO_3肥液浓度下土壤含水率、含盐量,并对水盐分布规律进行分析。结果表明,土壤含水量越大的地方,含盐量越小;肥液浓度对于土壤水分的分布情况无明显影响,但对含盐量影响明显;随肥液浓度增大,表层土壤中含盐量变大,深层土壤中变化规律不明显;试验中土壤盐分运移耦合性较好,可为揭示膜下滴灌条件下水盐运移规律提供参考。     

滴灌施肥灌溉的水氮运移数学模拟及试验验证

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,建立了不同土壤中地表滴灌施硝酸铵（NH4NO3）时水分和硝态氮运移的数学模型及边界条件。利用商业化软件HYDRUS-2D对模型进行了求解。为了验证所建立的模型,分别在壤土和砂土两种土壤上进行了不同滴头流量、灌水量和肥液浓度下的湿润距离、土壤含水率和硝态氮分布试验。模拟结果与试验数据的对比表明,利用HYDRUS-2D求解所建立的模型得到的湿润距离随时问的变化过程、土壤含水率和硝态氮分布与实测值吻合良好。因此,HYDRUS-2D软件可以作为预测滴灌施肥灌溉条件下水分和氮素在土壤中运移的有效工具。     

基于HYDRUS模型不同灌水模式下土壤水盐运移模拟

以田间试验为基础,应用饱和-非饱和土壤水分及溶质运动理论,利用HYDRUS-1D/2D数值模型对内蒙古河套灌区不同灌水模式下土壤水分、盐分运移规律进行数值模拟,分析了不同灌溉条件下的水盐运移状态,并将模拟结果与田间试验实测结果进行对比分析。研究结果表明,在相同灌水定额下,100cm土体内沟灌条件下生育期土壤盐分含量平均值比畦灌条件下土壤盐分含量平均值降低24.4%,沟灌可以有效控制土壤盐分的累积。利用HYDRUS模型对土壤水盐运移的模拟结果能够为灌区的水盐管理提供科学依据。     

浅埋式滴灌土壤水分分布规律试验研究

以探寻合理的滴头埋深与流量为目的,开展浅埋式滴灌下土壤水分分布规律的试验研究。试验土箱净尺寸为30cm×30cm×60cm(长×宽×高),供试土壤取自新疆青河县阿苇灌区试验站。试验设置5、10、15 cm 3个滴头埋深,各埋深条件下设置不同流量的处理。结果表明:不同滴头埋深的情况下均存在土体破坏的临界流量,滴头埋深越大临界流量也越大,滴头埋深为5、10和15 cm对应的临界流量分别为1.0、1.7和2.5 L/h;随着流量的增大,滴头埋深过浅时,水量向湿润体上部聚集,当埋深超过一定深度时,水量向湿润体下部聚集;在临界流量情况下,湿润锋前60 min运移速率较快,随着滴头埋深的增大,灌水结束后湿润体的垂向湿润长度越长,土壤平均含水率值越小;滴头埋深为10 cm、流量1.7 L/h时,湿润体水分分布较为合理。     

半湿润灌区控制排水条件下降雨洗盐计算模型研究

通过控制排水措施适当提高地下水位,可以增加半湿润灌区作物对浅层地下水的利用量,缓解灌溉水量的不足。然而,灌区地下水的含盐量一般较高,对盐分在作物根区的过分累积,所需淋洗水量很难得到保证。考虑到半湿润灌区具有一定量的降雨,可能对土壤盐分产生淋洗作用,建立了一个控制排水条件下降雨洗盐计算模型,并以某半湿润灌区盐碱地改良区为例,利用田间水文模型DRAINMOD预测出多年(1951—2005)田间水量平衡逐日变化过程,连续计算控制排水以及不同补充灌溉条件下根层土壤盐分多年的动态过程。结果显示,当地下水控制埋深为1.2 m时,在无灌溉条件下,研究区降雨虽能起到一定的淋洗作用,但根区盐分会随着时间的推移逐渐累积。当补充灌溉量在150 mm以上时,研究区降雨能够有效控制土壤盐分,使根区土壤在多年条件下达到良性的水盐平衡。所以,在与研究区类似的半湿润地区,通过控制排水措施合理调控地下水埋深,并充分利用天然降雨的淋洗功能,不仅可以维持灌区良性的水盐平衡,而且可以提高水资源利用效率。     

改进的水动力参数模型在非饱和土壤溶质运移问题中的应用

传统水分和溶质运移参数模型(导水率、扩散率和水动力弥散系数)只是含水率的函数,难以反映土壤初始含盐量以及溶液浓度对含水率和溶质入渗透性的影响。该文对传统以含水率为变量的水动力参数模型进行改进(引入反映浓度的参数α、β和γ),并通过室内不同初始含盐量(2、4、6、8和10g.kg-1)清水淋洗试验和不同浓度氯化钠溶液(0、15、25、50和100g.L-1)入渗试验对模型进行验证。试验表明土壤初始含盐量和入渗溶液浓度越大,相同入渗时间湿润锋和累积入渗量越小。数值模拟表明:(1)含水率和溶质浓度的实测值与计算值吻合较好,改进后的模型较传统模型精度提高了6.31%;(2)参数α、β和γ越大,相同位置含水率和溶质浓度越大,相同时间湿润锋运移距离越大。参数敏感性分析表明,参数α、β和γ对扩散率、导水率及水动力弥散系数的敏感度不受含水率的影响,但随着浓度的增大而增大。     

新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅱ:模型应用

为了降低新疆地区盐碱棉田根区土壤盐分含量,尤其是排走长期使用膜下滴灌技术造成的下部根系层(40~60 cm)累积盐分,针对当地实际情况设计了2种改进排盐模式,分别是淋洗防渗排盐模式(情景1)和暗管局部冲洗排盐模式(情景2),利用经过校验的模型和参数对不同模式下暗管排水、排盐动态过程进行模拟。情景1在暗管下方铺设一定宽度(L_f,分别设定为20、50、100、250和500 cm)的防渗材料以增加汇流面积,提高排水、排盐量;情景2先通过暗管直接供水湿润周围土壤,达到设定时间(T_i,分别设定为0.25~10 d的9种情形)后停止供水,然后再通过暗管进行排水、排盐,以期利用较小的冲洗定额达到排盐的目的。对情景1进行模拟时,以0~40 cm和40~60 cm土壤含盐量分别低于3 g/kg和6 g/kg作为结束淋洗的标准进行对比分析,结果表明:当暗管处于非饱和区域、下方无防渗处理(传统暗管排盐模式)时,其排盐率仅为9.8%,单方水的排盐效率约1.86 kg/m~3;在暗管下方进行防渗处理有利于增加暗管排盐量,排盐率可达11.9%~32.1%,排盐效率可提高至2.27~3.15 kg/m~3;然而,随着Lf增加,施工难度和成本均会大幅上升,尤其是当Lf100 cm,单方水排盐效率的提高程度却较为有限,因此建议Lf在100 cm以内。而采用暗管供水进行局部冲洗(情景2)时,即使在暗管下方进行防渗处理,其单方水的排盐效率最高也不超过0.6 kg/m~3,整体表现并不理想,在新疆地区使用不太现实。     

灌区地下水控制埋深与利用量对洗盐周期的影响

灌区地下水位调控可增加作物对浅层地下水的利用量,但当地下水含盐量较高时,作物对其利用会加快盐分在根区的累积速度,进而影响灌溉淋洗制度。本文根据农田水盐平衡的基本原理,考虑不同埋深的浅层地下水利用条件下根区土壤盐分的累积过程,建立了土壤盐分淋洗周期的理论模型,并根据两组试验数据进行了应用分析。计算结果显示,位于半干旱区的研究区,地下水含盐量4.43 g/L,埋深维持在1 m和1.5 m时,多年平均降雨条件下,棉花生长期内需要排水洗盐的周期分别为100 d和140 d;埋深大于2 m时,淋洗周期超过了生长期。另一研究区位于干旱区,滴灌棉田地下水埋深为1.5 m时,用含盐量为2.81 g/L的微咸水进行滴灌,棉花生长期内需要排水淋洗的时间为78 d左右。因此,即使在灌区水位调控抬高地下水位后,在一个生长周期内,根区土壤盐分的增长过程仍然相对缓慢,为灌区制定淋洗制度提供了时间窗口。     

宁夏银北灌区暗管排水关键技术的引进

总结了水利部“948”计划项目“宁夏银北灌区暗管排水关键技术引进”近两年来的执行情况，以及美国T555型开沟铺管机引进的必要性和该机器于银北灌区在暗管排水技术示范推广中所起的关键作用。结合银北灌区的实际和本项目推广示范的要求，在银北惠农县团结村建立了200hm^2左右的示范区，并按不同暗管布局将该示范区分割成5个试验区，在每个试验区内连续观测农田地下水位动态变化，土壤含水量和含盐量等，在分析现场观测资料的基础上，对不同埋深和间距的暗管布局，在防渍，防盐效果方面作了初步比较，并对暗管排水的增产效果及其经济效益也作了分析，所取得的试验数据和成果对示范区今后现场观测及暗管排水的全面推广都具有重要的参考价值。     

潜水蒸发条件下土壤盐分运移模拟研究

以新疆盐碱地土壤参数为基础,利用HYDRUS-1D建立土壤盐分运移模型,通过设定不同大气蒸发能力(5mm,10mm)与潜水矿化度(5g/L,15g/L,25g/L)的试验组合,研究潜水蒸发条件下潜水矿化度与大气蒸发能力对土壤盐分空间分布和运移的影响,以期为土壤盐碱化预防及治理提供理论参考.结果表明,20cm以上表层土壤含盐量增速较快,20cm以下土壤含盐量增速较慢;0～20cm土层土壤累积含盐量是20～50cm土层的1.27～2.75倍,且均与累积蒸发量呈中度及以上正相关。0～20cm土层内,土壤累积含盐量受潜水矿化度与大气蒸发能力影响较大;20～50cm土层内,土壤累积含盐量受潜水矿化度影响较大.在作物幼苗期根系较浅时,应尽可能控制大气蒸发能力和高潜水矿化度对其的影响,在作物生长期及其后期,应尽可能降低高矿化度的潜水位,减少其对作物根系的盐渍影响.     

暗管排水与节水灌溉条件下盐渍化农田水盐分布特征

灌溉淋洗压盐系盐碱地改良的主要措施,但同时也会造成地下水上升,带来随作物生育期逐渐出现的土壤耕层的返盐现象,其与暗管排水结合则可提高脱盐效果。为了研究暗管排水条件下的油葵在拔节期增加不同的灌水量对盐碱地(施加30 t/hm~2脱硫石膏,土壤耕作层掺入85.05 m~3/hm~2细沙)土壤水盐及土壤酸碱性分布的影响,设计了暗管排水结合传统灌溉处理、暗管排水结合节水灌溉处理、暗管排水结合无灌水对照处理3种处理,通过监测土壤EC值、pH、含水率,分析暗管排水结合传统灌溉与节水灌溉对重度盐碱地土壤的水分、盐分及酸碱程度的时空变化特征。结果表明:与对照处理对比,传统畦灌方式下灌水处理降低了土壤含水率,对0～20 cm土层的脱盐效果明显;在暗管排水的基础上,对照处理的油葵地0～60 cm土层的EC值为3.49～0.67 d S/cm,节水灌溉处理的EC值为1.71～0.33 d S/cm,传统灌溉处理的EC值为3.75～0.27 d S/cm;虽然传统灌溉在灌水后10 d左右降低了0～100 cm土壤盐分,提高了土壤的含水率,但传统灌溉处理下油葵在开花期0～40 cm土层的含水率比对照处理低,且40～100 cm土层的返盐程度是节水灌溉的2～3倍;对照处理下0～60 cm土层的pH为7.54～8.65,节水灌溉处理下pH为7.51～8.89,对照处理下40～100 cm土层的pH为8.29,传统灌溉处理下pH为8.1～10.85,节水灌溉处理的土壤在0～100 cm的土层呈现脱碱的状态,高的灌水量使土壤有碱化的可能,尤其是在20～40 cm土层。暗管排水条件下在油葵拔节期进行节水灌溉有利于土壤脱盐、脱碱。     

新疆恰拉水库下游土壤水盐运移数值模拟

以新疆尉犁县恰拉水库下游荒地为研究对象,分析荒地土壤水盐的运移机理.根据野外监测资料和室内数据的机理分析,选取典型剖面进行土壤水盐运移规律模拟,并在此基础上运用数值模拟对土壤剖面水盐分布及不同地下水因素进行了预测.模拟结果表明:在强烈的蒸发条件下,土壤盐分在0～20cm表土层内积累最为明显;在不同地下水环境值预测中,地下水埋深在1.8m时全年积盐期0～40cm土层平均含盐量17.03g/L,较3.5m地下水埋深14.78g/L高15.22％;40g/L的地下水矿化度水在全年的积盐期0～80cm土层平均含盐量6.35g/L,比5g/L处理5.86g/L高8.36％.增大地下水埋深和降低地下水矿化度值,以减少土壤中的积盐量.     

基于暗管排水的地下水调控模拟研究

以余姚市高效农业园区围垦区为研究对象,综合运用试验法、模拟法等研究方法,在园区基础资料收集和水文地质勘查的基础上,用Modflow建立三维地下水数学模型,定量分析不同降雨补给条件下的地下水动态变化规律;根据不同设计降雨和河道水位控制边界、不同暗管排水方案下农业园区地下水位的变化规律,分析暗管埋深、间距等与园区地下水控制的关系,确定了地下水动态排水的最佳暗管设计方案。研究表明:暗管间距15 m、埋深2.5 m能够达到精准排水控制的设计要求。还探索了浅层地下水排水规律,为精准调控不同暴雨条件下地下水位和防治围垦土地盐渍化提供决策依据。     

防治大棚土壤盐碱化的水管理方案

针对大棚土壤盐碱化问题,在田间试验的基础上,应用水管理软件DRAINMOD模拟各种大棚农田水管理措施下土壤含盐量的变化过程。模拟结果表明:夏季揭棚,对于控制土壤盐碱化具有明显的效果;无排水措施时,即使在夏季揭棚让雨水淋洗,长期种植也导致土壤积盐过多,不适应蔬菜生长;对于0～40 cm表层土壤,控制排水的盐分淋洗效果好于自由排水,但对于40cm以下的土壤,自由排水的盐分淋洗效果要好于控制排水;在不揭棚时节,适当加大灌溉量有一定洗盐效果;在高温多雨时节揭棚,采用控制排水和常规灌溉量,是比较好的大棚水管理方案。