河北平原區(qū)農(nóng)田土壤硝態(tài)氮運移規(guī)律及地下水污染數(shù)值模擬研究.pdf

1、地下水在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及居民生活等領(lǐng)域中均占有重要的地位，地下水的安全問題也直接影響著人們的生活質(zhì)量。近年來，隨著農(nóng)藥化肥使用量的增加，化肥淋失造成的地下水污染問題也越來越嚴(yán)重。本文為了研究河北平原區(qū)地下水農(nóng)業(yè)面源污染情況，以硝態(tài)氮為研究對象，結(jié)合石家莊石津灌區(qū)的水文氣象資料、田間試驗以及地下水質(zhì)等觀測數(shù)據(jù)，建立基于MODFLOW數(shù)值模擬軟件的灌區(qū)地下水溶質(zhì)運移模擬模型。通過田間試驗掌握農(nóng)田土壤剖面硝態(tài)氮的運移轉(zhuǎn)化規(guī)律，運用軟件模擬研究地

2、下水硝態(tài)氮的污染程度，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、控制地下水農(nóng)業(yè)面源污染提供參考依據(jù)。
　　 研究區(qū)是河北省大型灌區(qū)之一的石津灌區(qū)，位于河北平原中南部地區(qū)，水文氣候、農(nóng)業(yè)種植和管理等各方面均屬于典型的華北農(nóng)業(yè)特點，具有良好的代表性。研究采用田間試驗與數(shù)值模擬軟件相結(jié)合的方法。田間試驗主要針對不同埋深的土壤硝態(tài)氮含量與含水量進(jìn)行測定以及對地下水水位與水質(zhì)進(jìn)行定期觀測。數(shù)值模擬則是通過對研究區(qū)模擬范圍的合理劃分以及水文地質(zhì)參數(shù)的正確選取，建立與

3、研究區(qū)實際情況具有較高可靠度的水文地質(zhì)模型，再以田間試驗所得地下水位和硝態(tài)氮淋溶量數(shù)據(jù)作為輸入項，實現(xiàn)研究區(qū)水分和硝態(tài)氮在土壤飽和帶的運移模擬，預(yù)測不同降雨、灌溉及施肥條件下農(nóng)藥化肥中硝態(tài)氮對地下水的污染程度。其中地下水硝態(tài)氮運移模擬模型的建立以及對不同水文年地下水污染程度的動態(tài)預(yù)測是本論文的關(guān)鍵。
　　 論文模擬時間為2011年11月至2012年10月，根據(jù)田間試驗觀測日期確定應(yīng)力期，每個應(yīng)力期內(nèi)每三天為一個時間步長。2011

4、年11月19日到2012年6月2日為模擬識別階段，2012年6月3日到2012年10月5日為模擬驗證階段。根據(jù)研究區(qū)土壤性質(zhì)以及水文地質(zhì)條件，將研究對象含水層垂直方向概化為1層。由于取水灌溉條件不同，研究區(qū)水平方向劃分為3個區(qū)，分別為西北部的井灌區(qū)，東南部的渠灌區(qū)和中部的井渠聯(lián)合灌區(qū)。為了分析不同水文年降雨、灌溉條件下硝態(tài)氮對地下水的污染程度，分別選取豐水年和枯水年的降雨系列，設(shè)置不同的灌溉施肥措施，利用識別驗證后的模型，對研究區(qū)地下水

5、硝態(tài)氮長期淋失累積規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明，常規(guī)的經(jīng)驗施肥灌溉量已經(jīng)造成了淺層地下水的硝態(tài)氮污染，其中渠灌區(qū)污染較為嚴(yán)重，井灌區(qū)污染較輕。一般條件下，硝態(tài)氮運移速率隨深度增加逐漸變緩，短期內(nèi)淺層地下水水質(zhì)總體沒有明顯惡化，但是，井灌區(qū)由于不斷抽取地下水進(jìn)行灌溉，加快了硝態(tài)氮的垂向運移速率，對較深層的地下水環(huán)境也構(gòu)成了威脅。通過動態(tài)預(yù)測還可以發(fā)現(xiàn)，降雨是造成硝態(tài)氮深層淋失的最主要因素，同時硝態(tài)氮的運移對灌溉量因素也較為敏感。因此，在實際農(nóng)業(yè)