干旱区膜下滴灌水盐运移规律模拟及预测研究
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淡水资源的日益缺乏和盐分的不断增加严重影响着农业的发展,特别是干旱半干旱地区。新疆属于典型的干旱半干旱地区,水盐问题也严重影响该地区的农业发展。为了解决这些问题,许多措施被广泛应用。滴灌被认为是最有效的一种方法,它能够提高产量、节约用水、抑制盐分和减少深层渗漏。另外,在田间经常发生交汇现象,并形成交汇区。对于种植间距较小的作物,经常会被种植在交汇区,交汇区内水盐的分布对作物的产量有着重要的影响,因此了解交汇情况下的水盐运移是十分重要的。随着滴灌技术的逐年实施,盐分呈现增加的趋势,掌握盐分的累积情况显得十分重要。为了更好的了解滴灌条件下的水盐运移,通过试验和模型相结合的方式进行分析研究,得到了以下的结论:1.通过对不同滴头流量、灌水量、滴头间距交汇条件下湿润锋运移规律的研究,以Schwartzman提出的经验公式为基础,建立了一种新的经验公式,模拟交汇条件下的湿润锋的距离。公式如下:W和W1分别表示滴头下方和交汇区湿润锋宽度。2.证明了HYDRUS3-D模型能够很好的模拟田间点源交汇条件下的水盐分布。并利用模型对不同灌水量、滴头流量和不同土壤质地点源交汇条件下,交汇区水盐分布评价分析。结果发现1.灌水量和脱盐区范围也符合幂函数的关系。2.滴头流量和湿润范围存在幂函数关系,与脱盐范围则符合指数函数关系。3.不同质地条件下,质地较细的土壤水平和垂直湿润锋基本相同,质地较粗的土壤垂直湿润锋远远大于水平湿润锋,脱盐区的范围遵循这一规律。3.通过模型确定了“干播湿出”条件下,棉花出苗水的灌水量。通过棉花的出苗率很好的证明了模型的准确性。说明模型可以作为一种有效的工具设计合理的灌水量。4.生育期灌水频率越高土壤的含盐量越少,冬灌频率与土壤中的含盐量成正比。5.通过实测值和模拟值的对比,证明了SaltModel模型能够比较准确的模拟盐分的累积过程。6.根据SaltModel模型模拟的结果,确定了合理的灌溉制度应是:灌水的矿化度1g/L、生育期灌水量:4500m3/ha、冬灌水量应为3000m3/ha。地下水位应控制在1.8米。并且根据模拟结果发现,该灌溉制度条件下,达到水盐平衡的年限为9年。
致谢 | 第4-7页 |
摘要 | 第7-9页 |
Abstract | 第9-10页 |
第一章 绪论 | 第11-18页 |
1.1 研究的目的和意义 | 第11-12页 |
1.2 膜下滴灌土壤水盐运移特征研究现状 | 第12-18页 |
1.2.1 膜下滴灌的特点 | 第12-13页 |
1.2.2 滴灌土壤水分运动研究 | 第13-15页 |
1.2.3 滴灌条件下盐分运移的研究 | 第15-17页 |
1.2.4 膜下滴灌存在的问题 | 第17页 |
1.2.5 本文研究的主要内容 | 第17-18页 |
第二章 研究区概况及研究内容与研究方法 | 第18-25页 |
2.1 引言 | 第18页 |
2.2 研究区概况 | 第18-23页 |
2.1.1 试验 1 区 | 第18-19页 |
2.1.2 试验 2 区 | 第19-21页 |
2.1.3 试验 3 区 | 第21-23页 |
2.3 研究的内容 | 第23页 |
2.4 研究方法 | 第23-25页 |
2.4.1 研究方法的概述 | 第23-24页 |
2.4.2 技术路线 | 第24-25页 |
第三章 点源交汇条件下水盐运移规律的研究 | 第25-36页 |
3.1 引言 | 第25页 |
3.2 田间试验 | 第25-26页 |
3.3 点源交汇条件下水盐运移规律 | 第26-35页 |
3.3.1 不同条件下湿润锋的运移规律 | 第26-28页 |
3.3.2 模拟不同条件下湿润锋的运移规律 | 第28-31页 |
3.3.3 不同滴头流量交汇条件下土壤水盐分布 | 第31-32页 |
3.3.4 不同灌水量交汇条件下的水盐分布 | 第32-34页 |
3.3.5 不同滴头间距交汇条件下的水盐分布 | 第34-35页 |
3.4 小结 | 第35-36页 |
第四章 利用 HYDRUS-3D 模拟点源交汇条件下的水盐运移 | 第36-64页 |
4.1 引言 | 第36页 |
4.2 试验材料和方案 | 第36-46页 |
4.2.1 模型的介绍 | 第36页 |
4.2.2 水分运动基本方程 | 第36-37页 |
4.2.3 溶质运移方程 | 第37页 |
4.2.4 模拟过程介绍 | 第37-45页 |
4.2.5 模拟的内容 | 第45-46页 |
4.3 对点源交汇条件下水盐运移的模拟 | 第46-53页 |
4.3.1 点源交汇条件下湿润锋的模拟 | 第46-49页 |
4.3.2 不同灌水量点源交汇条件下交汇区水盐分布模拟 | 第49-53页 |
4.4 模型的扩展 | 第53-57页 |
4.4.1 不同灌水量对交汇区水盐分布的影响 | 第54-55页 |
4.4.2 不同滴头流量对交汇区水盐分布的影响 | 第55-56页 |
4.4.3 不同土壤质地对交汇区水盐分布的影响 | 第56-57页 |
4.5 模型的应用 | 第57-63页 |
4.5.1 引言 | 第57-58页 |
4.5.2 试验的设计及方法 | 第58-59页 |
4.5.3 结果分析 | 第59-63页 |
4.6 小结 | 第63-64页 |
第五章 区域盐分年变化特征及模拟预测 | 第64-98页 |
5.1 引言 | 第64页 |
5.2 研究的内容及方法 | 第64-66页 |
5.2.1 不同灌水周期水盐的动态变化特征 | 第64-66页 |
5.2.2 区域盐分的动态监测及模拟 | 第66页 |
5.3 年内土壤水盐分布基本特征分析 | 第66-73页 |
5.3.1 灌水频率对土壤水盐分布的影响 | 第66-68页 |
5.3.2 普灌不同时期土壤水盐分布及变化规律 | 第68-70页 |
5.3.3 高频灌不同时期土壤水盐分布及变化规律 | 第70-71页 |
5.3.4 不同年份土壤水盐变化对比分析 | 第71-73页 |
5.4 不同冬灌频率棉花地土壤水盐分布特征 | 第73-80页 |
5.4.1 两年冬灌一次不同时期土壤水盐的分布及变化规律 | 第73-75页 |
5.4.2 三年冬灌一次不同时期土壤水盐的分布及变化规律 | 第75-78页 |
5.4.3 地面灌条件下不同冬灌频率对土壤盐分累积的影响 | 第78-80页 |
5.5 区域盐分的变化规律 | 第80-97页 |
5.5.1 生育期内盐分的变化规律 | 第80-84页 |
5.5.2 不同区域盐分年际间的变化规律 | 第84-85页 |
5.5.3 区域盐分的模拟及预测 | 第85-93页 |
5.5.4 模型的预测及评价 | 第93-97页 |
5.6 本章小结 | 第97-98页 |
第六章 结论与展望 | 第98-100页 |
6.1 不同点源交汇条件下,湿润锋的模拟 | 第98页 |
6.2 HYDRUS-3D 模型的验证 | 第98页 |
6.3 HYDRUS-3D 模型的应用 | 第98页 |
6.4 区域盐分的累计及模拟预测 | 第98-99页 |
6.5 展望 | 第99-100页 |
参考文献 | 第100-113页 |
作者简介 | 第113页 |
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