景电灌区不同灌溉方式下水盐运移规律研究

发布时间：2020-07-05 05:03

【摘要】：中国西北地区光热条件充足、土地资源丰富,但水资源严重短缺,在这些区域发展调水灌溉是解决大片宜耕土地长期荒芜、确保区域农业和经济发展的基本措施。长期以来,人们通过发展人工灌溉来开发干旱区长期荒芜的土地资源,以满足人口快速增长的需求。然而,大面积的人工垦殖加之粗放的农田漫灌,引发了区域内大面积的水盐运移、重组和累积,在不同的水文地质单元其表征各不相同。为防止粗放灌溉造成区域水土环境的激变,农田水利工程规划和建设的重点也已从如何扩大灌溉面积、提高灌溉效益转向了如何改变灌溉模式、调整灌区的用水结构,提高农业用水效率、减缓灌溉造成的水土资源退化,探讨通过灌区的续建配套工程和调整灌溉模式来避免由此引发的次生盐碱化的潜在危害,采用合理科学的灌溉模式及用水管理措施以调控地下水位和控制灌溉水量对缓解灌区土壤盐渍化问题起着关键性的作用。鉴于此,本文选定景电灌区为研究区,重点研究畦灌和沟灌两种地面灌溉下田间尺度水盐运移规律,通过选取位于灌区灌溉试验站的典型田块分别开展了沟灌试验和畦灌试验,在分区试验的基础上,分别构建了基于HYDRUS-3D的沟灌水盐运移模型和畦灌水盐运移模型,进而对畦灌和沟灌两种灌溉模式下水盐运移过程进行了模拟。本课题受国家自然科学基金《干旱扬水灌区(景电灌区)水盐运移对区域水土环境的影响研究》(51279064)、《干旱荒漠区田间灌溉对区域尺度土壤水盐分异进程的影响研究》(51579102)、《河西走廊典型荒漠植物抗旱结构及其光谱特征研究》(31360204)等项目联合资助,通过田间试验和数值模拟相结合,探索了不同灌溉模式下田间水盐运移进程,得出了以下结论:(1)畦灌方式下和沟灌方式下土壤含水率都呈现出一定的下降趋势,且上层含水率普遍小于下层含水率,畦灌的土壤含水率值略高于沟灌,但含水率下降趋势略低于沟灌。总体看来,两种灌溉模式下土壤含水率的变化趋势都较为稳定,畦灌模式下土壤含水率缓慢降低之后,含水率稳定到一个阈值,该值约为20%,沟灌模式土壤含水率稳定的阈值为16%。(2)畦灌模式下从畦首到畦中,最后到畦尾,这三个坡面的土壤含水率越来越小,畦首的含水率平均约为39%,畦中的含水率约为35%,畦尾的含水率约为33%,即土壤含水率的值大小依次为畦首畦中畦尾,究其原因,在灌溉期土壤含水率发生变化主要驱动力是灌溉—入渗。然而,在非灌溉期,土壤含水率发生变化的主要驱动力是蒸散发作用。(3)两种灌溉模式下土壤含盐量先下降后上升的趋势,上层土壤含盐量普遍大于下层土壤的含盐量,且每个坡面的土壤含盐量总体上均呈现出一定的上升趋势,土壤含盐量的变化均较为稳定,均未发生较大的含盐量值波动。(4)畦灌从畦首到畦中,最后到畦尾,这三个坡面的土壤含盐量越来越小,畦首含盐量平均约为4.398 mg/cm~3,畦中约为4.212 mg/cm~3,畦尾约为4.086 mg/cm~3,即土壤含盐量的值大小依次为畦首畦中畦尾,导致土壤含盐量呈现这一规律的原因是灌溉期的灌溉—入渗和非灌溉期土壤蒸散发耦合作用形成的。(5)沟灌模式下土壤含盐量分布分成三个区域:一区在灌水沟一带,含盐量较低,约2.5 mg/cm~3左右;二区在沟顶种植区,此部分土壤含盐量较大,含盐量值高达7mg/cm~3;三区是模拟单元的其他部分,此部分主要位于土柱的中下层,该部分土壤含盐量较为稳定且分布较为均匀,平均含盐量值约为3.8mg/cm~3。造成土壤含盐量变化的主要因素为灌溉—入渗和蒸散发的耦合作用,灌水沟部分由于灌溉水淋洗的作用,此部分土壤含盐量较低;沟顶种植区,作物的蒸腾作用和土壤蒸发作用的汇聚区,因此,大部分土壤盐分被“携带”到这个部分,这部分的土壤含盐量较高,出现积盐现象;第三个部分土体内部,由于受到灌水淋洗和蒸散发的作用较小,故此部分土壤含盐量较为稳定,且分布较为均匀,造成此部分土壤含盐量发生变化的主要驱动力为机械弥散作用。(6)综合考虑我国西北地区农业发展,为达到节水控盐的目标,可在作物生育期选用沟灌作为主要灌溉方式,在生育期后期的土壤洗盐采用畦灌作为灌溉方式。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S274
【图文】：

地理位置,灌区,风沙

图 2-1 景电灌区地理位置图Fig.2-1 Jingtai irrigation area geographical location2.1.2 气候条件景电灌区地处欧亚大陆腹地，处于荒漠温暖带区域，灌区东邻黄河流域，西连石河内陆河流域，往北紧靠腾格里沙漠，往南接壤祁连山昌岭山脉。北冰洋气流受天山祁连山、乌鞘岭等山脉阻断而断流，印度洋、太平洋暖湿气流被华家岭、六盘山、秦而阻，同时，南方湿润气流抵达该灌区所在区域时已是强弩之末，因此，该研究区气温差大，风沙多、无霜期较长、夏季酷热、春季多风、日照时间长、蒸发量大、降雨稀少，特别是春季变化更为明显，属典型大陆性气候条件。该灌区所在区域是我国光热条件最为充足的地区之一，且其季节性分布明显，日时间夏季长、春秋适中、冬季短，该日照条件十分利于作物生长。同时，灌区春冬两多风，造成风沙较大，然而，在灌区上水运行后，由于植树造林而使绿地面积不断扩大由于防风林带的作用，而使风沙发生的概率不断减少，8级以上大风天数由29d减为16.灌区小气候得到明显改善。

地表径流,灌区,地表水,扬水灌溉

图 2-2 景电灌区地表径流Fig. 2-2 surface runoff in Jingdian Irrigation Area景电灌区区域内地表水资源的极度匮乏，工农业生产和人工绿洲的发展主要依赖地域的扬水灌溉，区域内的地表水、灌溉水和地下水之间存在明显的相互转化关以灌区地表水与地下水在成因上存在着不可分割的联系。由水文调查和水文实测资料，采用灌区径流模数进行计算，得到灌区年内地表水量约为 1.87×108m3，此部分地表径流量均来自于暴雨补给，且其行洪沟道产流主

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