内蒙孪井灌区土壤水盐运移规律研究

论文摘要

本论文是在国家自然科学基金项目<<引黄灌溉对干旱区深埋潜水的补给及环境效应〉〉研究基础上完成的。内蒙古是我国干旱区主要分布地之一,研究区孪井滩位于及其干旱的沙漠边缘,该区蒸发量大,降水少,水资源严重短缺,该地区的农业发展主要依靠灌溉。本文在分析了研究区包气带水文地质特征的基础上,选取典型土壤剖面进行了土壤水盐均衡试验,分析了包气带土壤水盐动态及其影响因素;利用WHI Unsat2.2中的VS2DT软件建立了土壤水分运移模型,运用所建模型计算了现有灌溉条件下的灌溉渗漏量并优化了玉米的灌溉量,建立了研究区玉米的节水灌溉模式。根据盐量均衡原理计算了灌溉后土壤的洗盐量,估算了灌溉淋洗土壤盐分使其降到较低水平所需要的时间。首先,收集了研究区的水文地质资料,分析了包气带的结构和物质组成,在此基础上选取典型的剖面进行水量均衡试验,根据观测资料分析了灌溉后土壤水分动态特征,利用水量均衡原理计算了灌溉渗漏量。结果表明:1)就土壤的蓄水能力而言,粘砂土最强,沙壤土次之,砂砾石最差。在双层结构的地层中,灌水后水分主要滞蓄于砂壤土层;在多层结构的地层中,灌水后水分主要滞留在砂壤土和粘砂土层中。2)灌溉渗漏量与灌溉量、灌前土体含水量、灌溉间隔期以及土层质地密切相关。灌溉量越大,土体灌前含水量越大,灌溉间隔时间越短,灌溉渗漏量越大;相同的灌溉量条件下,上部砂壤土层厚度越大,浅层渗漏量越小。3)在无冬灌的条件下,经过一个冬天的蒸发使得土壤含水率极低,因此第一次灌水后,灌溉水入渗影响深度十分有限,灌溉水渗漏量较少。其次,系统分析了内蒙孪井灌区的水文地质条件和包气带特征,概化出研究区土壤水分运移的概念模型,通过土壤特征曲线及饱和导水率的测定,确定了该区的土壤参数,利用气象资料、田间土壤水分观测资料确定了模型的初始条件和边界条件,建立了土壤水分运移模型,并对模型进行了验证。利用模型计算了灌溉渗漏量并与水量均衡法计算的灌溉渗漏量进行对比,结果表明两种方法计算得到的渗漏率基本一致,相差在6%以内。优化了灌区现有灌溉模式下玉米的灌溉量,建立了灌区玉米的节水灌溉模式。再次,对野外采集的降水、灌溉水及土壤水进行了化学分析,建立盐量均衡方程,在土壤淋滤试验的基础上计算了灌溉后土壤的洗盐量。系统分析了土壤盐分动态的影响因素,结果表明灌区地层的初始含盐量与地层岩性有关,粘砂土的含盐量最高,砂壤土与砂砾石含盐量较低。灌溉洗盐作用与地层包气带结构、岩性、厚度、灌溉方式和灌水量有关,砂壤土较粘砂土易脱盐,土壤初始含盐量越大,灌溉量越大,土壤洗盐量就越大。在灌溉初期,土壤中可溶盐的含量变化较大,洗盐速度快,洗盐量较大。随着灌溉的进行和灌溉次数的增加,上层含盐量逐渐降低,盐分下移,洗盐量会逐渐减少。最后,总结了灌区土壤水盐的动态特征,结合当地的具体情况提出了如下的节水对策:采用合理的灌溉定额,提高灌溉水利用率;改进灌溉技术,减少田间水量损失;植树造林,增加地面覆盖,减少土壤蒸发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 土壤水分运移研究进展
• 1.2.2 土壤盐分运移研究进展
• 1.3 研究内容及研究方法
• 2 研究区域概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气象
• 2.1.3 水文
• 2.2 区域地质条件
• 2.2.1 地层岩性
• 2.2.1.1 寒武系
• 2.2.1.2 奥陶系
• 2.2.1.3 石炭系（C）
• 2.2.1.4 白垩系（K）
• 2.2.1.5 下第三系
• 2.2.1.6 上第三系
• 2.2.1.7 第四系（Q）
• 2.2.2 构造与地貌
• 2.3 区域水文地质条件
• 2.3.1 含水岩层划分
• 2.3.2 地下水的补给、径流与排泄
• 2.3.2.1 地下水的补给
• 2.3.2.2 地下水径流与排泄
• 2.3.3 地下水的动态特征
• 2.3.4 灌区包气带水文地质特征
• 3 野外观测试验及灌溉入渗量的确定
• 3.1 土壤水分观测
• 3.2 田间灌溉试验
• 3.2.1 坑1 土壤水分动态特征
• 3.2.2 坑3 土壤水分动态特征
• 3.3 灌溉入渗量的确定
• 3.3.1 水量平衡原理确定灌溉入渗量PR
• 3.3.2 田间持水量的测定
• 3.3.3 灌溉渗漏量的确定
• 3.4 小结
• 4 土壤水分运移模型的建立及参数的确定
• 4.1 土壤水分运移模型
• 4.1.1 水分运移的微分方程
• 4.1.1.1 流体通量方程
• 4.1.1.2 贮存项
• 4.1.2 模型的初始条件
• 4.1.3 模型的边界条件
• 4.1.3.1 给定水头边界条件
• 4.1.3.2 给定通量边界条件
• 4.1.3.3 混合边界条件
• 4.1.4 土壤水分运动方程的求解
• 4.1.4.1 空间离散
• 4.1.4.2 时间离散化
• 4.2 土壤水分运动参数的确定
• 4.2.1 土壤水分特征曲线的测定
• 4.2.2 饱和导水率的测定
• 4.2.3 土壤参数的确定
• 5 模型的识别、灵敏度分析及节水灌溉量的确定
• 5.1 模型的识别
• 5.1.1 坑1 模型识别
• 5.1.2 坑3 模型识别
• 5.2 模型的验证
• 5.2.1 坑1 模型验证
• 5.2.2 坑3 模型验证
• 5.3 模型主要参数灵敏度分析
• 5.3.1 土壤参数灵敏度分析
• 5.3.2 作物生长参数的灵敏度分析
• 5.4 灌区土壤水分运移数值模拟及渗漏量的计算
• 5.4.1 坑1 数值模拟及渗漏量的计算
• 5.4.2 坑3 数值模拟及渗漏量的计算
• 5.4.3 数值法与水量平衡法确定灌溉渗漏量的对比
• 5.5 玉米节水灌溉模式的设计
• 5.5.1 一水定额
• 5.5.2 生育期内各次灌水定额
• 5.5.3 玉米的节水灌溉模式
• 6 包气带盐分分析
• 6.1 包气带土层中的初始盐分
• 6.2 灌区包气带盐分的淋洗
• 6.2.1 坑1 土壤剖面盐分动态
• 6.2.2 坑3 土壤剖面盐分动态
• 6.3 灌区包气带盐量均衡及盐分运移
• 6.3.1 土壤盐分均衡原理
• 6.3.2 土壤的淋滤试验
• 6.3.3 土壤盐量均衡计算
• 6.3.3.1 砂壤土层盐量均衡计算
• 6.3.3.2 粘砂土层盐量均衡计算
• 6.3.4 土壤盐分淋洗时间的估算
• 6.4 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 研究成果