论文题目: 基于Visual-MODFLOW和SWAP耦合模型干旱区微咸水灌溉的水—土环境效应预测研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 农业水土工程
作者: 杨树青
导师: 史海滨,陈亚新
关键词: 微咸水灌溉,水土环境效应,耦合模型,预测,作物耐盐度,模型,模型
文献来源: 内蒙古农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 淡水资源的短缺和工业用水的竞争,使农业生产对劣质水(咸水或城市污水)利用的依赖性日益增加。劣质水利用带来的环境问题成为目前研究的热点和前沿课题。其中水—土环境是灌溉农业科学中最为活跃的组成部分,是治理土壤盐渍化的核心。本研究揭示了微咸水灌溉对作物生理、土壤环境和地下水环境的影响规律。探讨干旱-半干旱地区微咸水灌溉的水-土环境效应预测评估研究。研究将对水资源日益短缺的河套灌区有着重要意义,并可为类似地区提供参考。 研究引进了世界上公认的模拟三维地下水流和溶质运移的 Visual MODFLOW (VMOD) 模拟系统和模拟水、溶质和热在土壤—大气—作物环境中运移过程的 SWAP模型。从而将饱和带和非饱和带构成一个完整体系对微咸水灌溉的水土环境效应展开预测评估研究,全面深入地探讨和论证了微咸水开发利用的可行性。 一般在利用 SWAP 模型预测时,存在着下边界条件难以确定的难题。本研究成功地将 VMOD 模型模拟预测的地下水位运用于 SWAP 模型的下边界。使 SWAP 模型的应用更具准确性。在研究中首次将 VMOD 与 SWAP 模型耦合,构成一个耦合体后用于对微咸水灌溉的水—土环境效应的预测模拟。 VMOD 目前多用于地下水流的模拟,对地下水质的模拟较少报道。研究尝试采用 VMOD 中的 MT3DMS 模型对地下水质进行了模拟预测并指出了其应用中的局限性。 SWAP 是垂直一维水盐运移模型。不同的水文地质条件应具有不同的 SWAP 模型。研究运用地质统计学理论,对研究区的土壤水盐信息进行了空间结构性分析,并以此为依据对研究区进行了分区。有效地将地质统计学理论与 SWAP 模型联合应用,避免了通常仅采用一种 SWAP 模型过度简化的粗略性。 研究中连续的田间灌溉试验、常规和专门观测、野外室内实验进行有关参数的测定和边界条件的详细论证确定,为 VMOD 和 SWAP 系统在本研究区的应用及保证预测结果的可靠性奠定了坚实的基础。 作物耐盐度研究发现灌溉水浓度达到某一临界值时,盐分在一定深度的土层内聚集明显增大。这一临界浓度值与使作物生长、产量受到抑制的灌水浓度基本一致,且不同作物的临界灌水浓度值不同。研究还揭示了淋洗灌溉定额下作物的耐盐能力增大,由于较大定额的淋洗灌溉将盐分淋洗到深层,在排水作用下从土层中排出,使作物根区盐分降低。应用产量与灌水浓度的相关关系预测出研究区 3 种主要作物的耐盐度阈值分别为两种灌溉定额下小麦的耐盐度为 4.5g/l。正常定额下玉米在的耐盐度为3g/l,葵花为 5g/l。淋洗定额下玉米的耐盐度为 3.5g/l,葵花为 7g/l。预测值与研究发现的灌水浓度临界值基本吻合。 平均年法和考虑时间序列法两种预测方法得出了基本接近的结果,平均年法在进
论文目录:
1 导论
1.1 微咸水灌溉的研究背景及意义
1.2 微咸水灌溉的研究现状
1.2.1 咸水灌溉概况
1.2.2 咸水灌溉适应性的研究进展
1.2.3 咸水灌溉技术的研究
1.2.4 咸水利用方式的研究
1.2.5 咸水灌溉对作物产量、品质的影响的研究
1.2.6 咸水灌溉对环境影响的研究
1.2.7 咸水灌溉条件下土壤水盐运动规律的研究
1.2.8 咸水灌溉土地改良的研究
1.3 研究内容
2 研究区概况与土壤水盐信息的空间结构性
2.1 研究区地理位置
2.2 气象、土壤
2.3 水文地质条件
2.4 区域水盐信息的统计分析
2.4.1 区域水盐信息采样设计
2.4.2 研究区土壤水盐采样数据统计分析
2.4.3 试验田土壤水盐采样数据统计分析
2.5 研究区水盐信息的空间结构性
2.6 土壤水盐信息与容重在垂直方向上的结构性
2.6.1 试验设计
2.6.2 垂直观测点采样数据统计分析
2.6.3 土壤水盐、容重在垂直向空间结构性分析
2.7 小结
3 微咸水灌溉对作物生长影响的试验研究
3.1 试验设计
3.2 淋洗灌溉定额的确定
3.3 试验结果及分析
3.3.1 盐分对作物生长的影响
3.3.2 盐分对干物质累积的影响
3.3.3 盐分对产量的影响
3.4 作物生育期土壤水盐动态
3.4.1 小麦试验田土壤水盐动态
3.4.2 葵花试验田土壤水盐动态
3.4.3 玉米试验田土壤水盐动态
3.5 小结
4 Visual MODFLOW 模型的原理与研究区水文地质模型的概化
4.1 Visual MODFLOW 模型
4.1.1 Visual-MODFLOW 功能
4.1.2 Visual-MODFLOW 结构
4.1.3 模型的理论基础
4.2 研究区边界条件的分析确定
4.2.1 平面边界的分析确定
4.2.2 垂直边界的分析确定
4.3 小结
5 基于Visual MODFLOW 模型的微咸水灌溉条件下水环境变化规律模拟
5.1 模型的属性
5.1.1 研究区水文地质勘探结果分析
5.1.2 研究区上层渗透系数试验及结果分析
5.1.3 抽水试验及结果分析
5.2 抽水井及观测井
5.2.1 抽水井
5.2.2 观测井
5.3 设置边界条件
5.3.1 平面边界
5.3.2 垂直边界
5.4 MODFLOW 模型的率定与检验
5.4.1 率定
5.4.2 检验
5.5 MT3DMS 模型的识别
5.5.1 初始浓度输入
5.5.2 浓度观测井的输入
5.5.3 定浓度边界
5.5.4 补给浓度边界
5.5.5 蒸发浓度边界
5.6 基于Visual MODFLOW 模型的地下水环境模拟
5.6.1 平均年法
5.6.2 考虑时间序列的预测
5.6.3 两种预测方法模拟结果对比
5.7 小结
6 SWAP 模型及微咸水灌溉条件下水盐运移规律
6.1 SWAP 模型简介
6.1.1 土壤水流
6.1.2 溶质运移
6.1.3 作物蒸腾与土壤蒸发
6.1.4 作物产量
6.1.5 初始条件和边界条件
6.2 田间试验结果及分析
6.2.1 试验设计
6.2.2 试验结果
6.3 试验区土壤参数和土壤质地的测定
6.3.1 土壤水分特征曲线测定
6.3.2 土壤水平扩散率的测定
6.3.3 土壤质地的测定
6.4 SWAP 模型的识别
6.4.1 SWAP 模型率定的方法
6.4.2 输入资料
6.4.3 模型率定与检验
6.5 小结
7 基于SWAP 模型模拟的微咸水灌溉条件下土壤水盐动态的研究
7.1 正常灌溉定额下土壤水盐动态模拟
7.1.1 气象、灌溉资料
7.1.2 下边界条件
7.1.3 盐分在垂直剖面上的变化规律
7.1.4 灌水后土壤盐分变化规律
7.1.5 模拟单元体内水盐均衡结果
7.1.6 作物相对产量
7.2 淋洗灌溉定额下土壤水盐动态模拟
7.2.1 气象、灌溉资料
7.2.2 下边界条件
7.2.3 盐分在垂直剖面上的变化规律
7.2.4 灌溉后土壤盐分变化规律
7.2.5 模拟单元体内水盐均衡结果
7.2.6 作物相对产量
7.3 微咸水灌溉的土壤盐分累积预测
7.3.1 土壤盐分累积预测方案的选择
7.3.2 土壤盐分累积预测
7.4 小结
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
8.3 存在的问题
致谢
参考文献
作者简介
发布时间: 2005-07-18
参考文献
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