膜下滴灌土壤水盐运移特征与数值模拟

论文摘要

膜下滴灌是实现盐碱地资源可持续利用的主要途径之一。本论文在借鉴膜下滴灌和盐碱地改良研究成果的基础上,采取了室内试验与模型模拟相结合的方法,研究了膜下滴灌土壤水盐运移特征规律,分析了将膜下滴灌技术与传统的盐碱地改良措施相结合的综合改良效果,为寻求科学开发利用和改良盐碱土提供了新的研究思路和方法,取得如下结论：（1）点源及交汇入渗对盐碱土壤水盐运移特征影响。点源入渗条件下,相同灌水量,滴头流量增加,脱盐区系数和达标脱盐区系数减小,不利于作物正常生长的淡化区形成；相同滴头流量,灌水量增加,脱盐区系数和达标脱盐区深度系数增加,有利于作物正常生长的淡化区形成。点源交汇入渗条件下,相同灌水量,滴头流量增加,纵轴和交汇锋的脱盐区系数和达标脱盐区系数减小；相同滴头流量,灌水量增加,纵轴和交汇锋处脱盐区系数和达标脱盐区深度系数也增加；相同的滴头流量和灌水量,随着滴头间距的增加,纵轴和交汇锋处脱盐区系数和达标脱盐区系数减少,这表明适当减少滴头间距有利于土壤盐分的淋洗。（2）膜下滴灌化学改良措施对盐碱土水盐运移特征影响。随水滴施硝酸钙时,通过达标脱盐区评价系数、脱钠区深度系数和钠吸附比的综合评价,Ca-W-Ca方式脱盐区域最大,脱盐效果均优于其他方式。随水滴施硝酸钙和硝酸钾,相同浓度的施钙脱钠区深度系数值大于施钾,随水施钙的脱盐效果好于随水施钾的脱盐效果,施钙浓度2000mg/L方式脱盐效果明显。随着石膏配比增加,脱钠区深度系数增大,脱钠效果明显,石膏配比为0.1的脱钠区深度系数增加比率最大,脱盐效果最佳。（3）膜下滴灌物理改良措施对盐碱土水盐运移特征影响。相同滴灌条件下,麦秸长度为0.1cm的土壤含水量最大,土壤盐分特征系数最大,脱盐效果是最佳的。相同滴灌条件下,麦秸配比0.1方式脱盐效果明显,脱盐效果均高于其他配比方式。相同滴灌条件下,掺砂配为比0.1的盐分特征系数增加比率最大,脱盐效果最佳。在相同配比0.1条件下,掺砂的脱盐效果好于掺入麦秸的脱盐效果。（4）滴灌条件下盐碱土数值模拟研究。建立点源及交汇入渗条件下数学模型,利用Matlab对不同滴头流量、灌水量和滴头间距的土壤含水量和湿润锋水平垂直运移距离进行数值模拟,模拟变化趋势与实测值变化趋势较为一致。（5）滴灌条件下土壤水分运移模型参数辨识与优化。针对微分方程和数理统计方法进行滴灌条件下土壤水分运移建模方法存在的无法获得准确边界条件和解析解的问题,在相同滴灌条件下,研究了AIGA和PSO两种辨识和优化方法在土壤运动特征参数确定中的有效性和优劣性；建立滴头流量与水分运移距离的传递函数模型,利用PSO算法对模型的各个参数进行辨识与优化,验证了传递函数模型在不同滴头流量下的有效性,提出了实现实时调控滴头流量与运移距离的传递函数模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 滴灌国内外研究现状
• 1.2.2 膜下滴灌技术国内外研究现状
• 1.2.3 盐碱地改良研究现状
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究和解决的关键技术问题
• 2 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验装置
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 点源及交汇入渗试验方法
• 2.3.2 随水滴施改良剂试验方法
• 2.3.3 随水滴施改良剂浓度试验方法
• 2.3.4 拌施改良剂试验方法
• 2.4 土壤水分运动参数测定
• 2.4.1 土壤水分特征曲线的测定
• 2.4.2 土壤饱和导水率的测定
• 2.4.3 非饱和土壤导水率的测定
• 2.4.4 非饱和土壤水分扩散率的测定
• 2.5 小结
• 3 点源入渗及交汇条件下盐碱土水盐运移规律特征研究
• 3.1 引言
• 3.2 点源入渗条件下盐碱土水盐运移规律特征研究
• 3.2.1 点源入渗条件下水分运动规律特征研究
• 3.2.2 点源入渗条件下盐分运移规律特征研究
• 3.3 点源交汇入渗条件下盐碱土水盐运移规律特征研究
• 3.3.1 点源交汇入渗湿润体特性
• 3.3.2 点源交汇入渗条件下水分运动规律特征研究
• 3.3.3 点源交汇入渗条件下盐分运移规律特征研究
• 3.4 小结
• 4 膜下滴灌化学改良措施对盐碱土水盐运移特征影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 随水滴施硝酸钙对盐碱土水盐运移特征影响
• 4.2.1 不同滴灌施钙时间对盐碱土水盐运移特征影响
• 4.2.2 不同滴灌施钙浓度对盐碱土水盐运移特征影响
• 4.3 随水滴施硝酸钾对盐碱土水盐运移特征影响
• 4.3.1 随水滴施硝酸钾对盐碱土水分运动的影响
• 4.3.2 随水滴施硝酸钾对盐碱土盐分运移的影响
• 4.4 拌施石膏对盐碱土水盐运移特征影响
• 4.4.1 拌施石膏对盐碱土水分运动的影响
• 4.4.2 拌施石膏对盐碱土盐分运移的影响
• 4.5 小结
• 5 膜下滴灌物理改良措施对盐碱土水盐运移特征影响研究
• 5.1 引言
• 5.2 麦秸对盐碱土水盐运移特征影响研究
• 5.2.1 不同麦秸长度对盐碱土水盐运移特征影响研究
• 5.2.2 不同麦秸配比对盐碱土水盐运移特征影响研究
• 5.3 掺砂对盐碱土水盐运移特征影响研究
• 5.3.1 不同掺砂配比对盐碱土水分运动的影响
• 5.3.2 不同掺砂配比对盐碱土盐分运移的影响
• 5.4 小结
• 6 滴灌条件下盐碱土数值模拟研究
• 6.1 引言
• 6.2 点源入渗盐碱土湿润区数值模拟
• 6.2.1 点源入渗盐碱土湿润区数学模型
• 6.2.2 点源入渗盐碱土数值模拟
• 6.3 点源交汇入渗盐碱土湿润区数值模拟
• 6.3.1 点源交汇入渗盐碱土湿润区数学模型
• 6.3.2 点源交汇入渗盐碱土数值模拟
• 6.4 小结
• 7 滴灌条件下土壤水分运移模型参数辨识与优化
• 7.1 引言
• 7.2 滴灌条件下土壤水分运移模型参数AIGA辨识与优化
• 7.2.1 自适应免疫遗传算法简介
• 7.2.2 参数自适应调节
• 7.2.3 算法收敛性分析
• 7.2.4 实验研究
• 7.3 滴灌条件下土壤水分运移模型参数PSO辨识与优化
• 7.3.1 粒子群优化算法
• 7.3.2 实验研究
• 7.4 滴灌条件下土壤水分运移模型参数的辨识与优化
• 7.4.1 水分运移模型确立
• 7.4.2 仿真试验与分析
• 7.5 小结
• 8 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果