青岛大沽河流域土壤水与地下水转化关系及土壤水优化配置研究

发布时间：2020-05-07 10:12

【摘要】：水是人类宝贵的资源,生物的生存、工农业的发展以及社会的进步均离不开水。青岛市是我国北方的缺水城市之一,经济的飞速发展、人口的不断增长以及城市化步伐的明显加快,使本市用水量急剧增加,水资源紧缺、污染等问题也伴随而来,因此,保护与节约水资源对青岛市的可持续发展显得尤为重要。本研究依托水利部公益性行业科研专项经费项目和国家自然科学基金项目,以青岛大沽河流域(产芝水库以下约4781km2)为研究区,在对流域农田进行大量野外试验和长期观测的基础上,获取了流域土壤含水量、地下水位及埋深、土壤理化性质、降雨、灌溉、气象数据等基础资料,对流域土壤水分时空变化特征进行了研究,并分析其成因；对不同地下水埋深条件下土壤水与地下水转化关系进行探讨,并利用简化后的土壤水量平衡方程对地下水浅埋条件下农田不同耕作期土壤水与地下水交换量进行了计算；通过Hydrus-1d模型对农田土壤水分运动进行模拟,并利用流域农田相关数据计算出流域土壤水资源量以及农田灌溉需求指数,进而结合地下水位动态变化规律提出合理的农田节水灌溉建议。这对大沽河流域土壤水地下水相互关系的研究以及农田节水灌溉的进一步优化具有重要的意义。得出以下主要结论： (1)通过对大沽河流域内10个长期观测点进行土壤水分观测,获取了两个完整的夏玉米-冬小麦轮作期农田土壤含水量监测数据。结果表明,流域不同地区土壤水分存在一定程度的空间变异性,土壤质地、地下水位及埋深情况是其主要决定因素；土壤水含量在垂向上的变化具有一定规律性,且零通量面位置处于40～60cm土层之间；受作物种类、降水强度以及气象条件等影响,土壤水分的变化可分为四个阶段：第一阶段(6-7月)与第二阶段(8-10月上旬)土壤含水量值相对较高,波动剧烈；而第三阶段(10月中旬～3月)与第四阶段(4-5月)土壤含水量值相对较低,土壤水分始终处于较为稳定的状态。 (2)结合降水量、灌溉量、地下水位及埋深、温度、土壤物理性质等信息,对流域不同地下水埋深区土壤水与地下水转化关系进行研究与分析,结果表明,当地下水埋藏较深时,土壤水与地下水交换作用微弱；当地下水埋藏较浅时,土壤水与地下水有着明显的相互转化关系,而且对农作物需水有较大程度的影响。利用简化后的土壤水量平衡方程对浅埋区农田土壤水与地下水交换量进行了计算,结果也表明,土壤水与地下水可以相互补给,玉米生长期内土壤水与地下水的交换频繁,且容易出现农田土壤水分渗漏以及地下水位剧烈波动,；而小麦生长期内未进行农田灌溉时,土壤水与地下水几乎为单向联系,主要由地下水补给土壤水,且补给量变化较玉米期稳定。 (3)基于Hydrus-1d软件对研究区土壤水分运动过程进行数值模拟,根据土壤蒸发量、植物蒸腾量、土壤水储量变化量对流域不同地区耕作期土壤水资源量进行评价,结果表明,根据各区域所占流域面积推求出流域土壤水资源量为29.94亿立方米,进而结合流域地下水资源情况以及降水动态规律提出了土壤水资源与地下水资源联合管理建议：应在枯水期最大限度地对储水层进行开采,当丰水期来临后,通过降雨入渗与人工回灌等方式,尽可能使大气降水转化为地下水资源,在土壤水资源得以充分利用的同时,充分发挥大沽河流域地下水对水资源的快速调节功能。 (4)利用Hydrus-1d模型,对流域不同地区作物需水量、净灌溉需水量、灌溉需求指数等进行计算,在此基础上,提出了区域农田节水灌溉方案。实施这一节水灌溉方案,夏玉米—冬小麦轮作期内可节水约120mm,这对于进一步提高农业用水利用效率,有效缓解青岛市水资源紧缺状况有着积极的现实意义。
【图文】：

点分布,大陆气候,气象特征,气温

tAs ^IjlMmj^p^Sev_^ka^ file (Z)i—"i 矿li枿’mm^?. ■ 03.75.5 15 22.5 30_ Kilometersm图2.1试验及取样观测点分布图2.1.2气象特征(1)气温研究区属于暖温带季风型大陆气候，由于濒临黄海，伴有明显的海洋性气候特点，空气湿润，气候适宜，四季分明，因此呈现春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季冷暖适中，冬季寒冷干燥的特征。多年平均气温约为12 °C，最低气温-21 °C，，最高气温39 °C，终年无霜期约200天。(2)降水大沽河流域多年平均降雨量675.6 rnm[32]，讯期主要集中6?9月份，降水量时空间分布不均匀、枯水年持续时间长，且近几十年来有逐渐降低的趋势

土壤分层,取样点,情况,土钻

100 cm和160 cm处的土样利用土钻获取，同时用卷尺分别测量10个点土壤的具体分层情况并详细记录。图3.1为野外取样现场图，表3.1为长期取样点土壤的分层情况。图3.1野外取样现场图表3.1 10个取样观测点土壤分层情况取样点土壤分层情况（cm)1# 0—35 35—80 80—2# 0—40 40—80 80—3# 0—30 30—90 90—4# 0—55 55—5# 0—30 30—6# 0—30 30—7# 0—45 45—M 0—40 40—100 1
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S151.9;S274

【参考文献】