農(nóng)田土壤水分動態(tài)與灌溉需水量隨機模擬.pdf

1、土壤水分和灌溉需水量是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)過程和農(nóng)業(yè)水資源管理的核心與基礎(chǔ)，準確認知土壤水分動態(tài)過程和灌溉需水量變化規(guī)律并建立估算模型具有極其重要的現(xiàn)實意義和科學(xué)價值。土壤水分和灌溉需水量是大氣、土壤、作物、地下水、灌溉等因子長期綜合作用的結(jié)果，其動態(tài)過程具有強烈的非線性和不確定性，因此，有必要采用概率統(tǒng)計的思想進行研究。本文以華北南部山前平原夏玉米為研究對象，以土壤水分動態(tài)過程為核心，采用水量平衡原理、概率統(tǒng)計和微積分理論對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

2、的水分通量、灌溉需水量的變化特征及規(guī)律進行了系統(tǒng)的理論分析和定量模擬，主要結(jié)論如下：
　?。?）系統(tǒng)分析了夏玉米生長季水文氣象因子在年尺度上的動態(tài)變化特征和隨機分布規(guī)律，探討了土壤水分動態(tài)與氣候波動的響應(yīng)關(guān)系。研究結(jié)果表明，平均降水量（α）和降水頻率（λ）年變異系數(shù)分別為0.323和0.178，年變化服從Logistic分布；日平均潛在蒸散量（Emax）年變異系數(shù)為0.088，年變化服從為LogNormal分布；土壤水分概率密度函

3、數(shù)曲線在α、λ、Emax隨機波動影響下呈現(xiàn)雙峰現(xiàn)象，表明處于隨機波動條件下的夏玉米SPAC系統(tǒng)可能會趨向于兩個比較適宜的水分狀態(tài)，一個為土壤相對濕潤的狀態(tài)，另一個為土壤相對干燥的狀態(tài)。
　?。?）基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)和土壤水分動態(tài)隨機模型定量分析了α、λ和Emax長期隨機波動對夏玉米蒸散量（E）的影響。研究結(jié)果表明，α、λ和Emax長期隨機波動導(dǎo)致夏玉米生長季的蒸散量減少，當干旱指數(shù)（Ep/P，Ep和P分別為潛在蒸散量

4、和降水量）等于1時，蒸散量的減少量最大，蒸發(fā)比（E/P）的減少比率接近10％；E/P的最大減少比率分別與α、λ和Emax的變異系數(shù)呈線性遞增關(guān)系；E的年變異性隨著α、λ和Emax年變異性的增加而增加，且α對E年變異性的影響顯著大于λ和Emax。
　　研究區(qū)夏玉米生長季E、P和Ep的定量關(guān)系可采用基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)的傅抱璞方程進行描述，方程的參數(shù)ω取值為5.3。
　　（3）構(gòu)建了具有一定普適性的農(nóng)田土壤水分動態(tài)隨

5、機模型。通過引入土壤飽和導(dǎo)水率（Ks）和水力參數(shù)（β），建立了相對完整的土壤水分損失函數(shù)表達式，根據(jù)土壤水分概率密度函數(shù)與土壤水分損失函數(shù)的解析關(guān)系，推導(dǎo)出了不同灌水控制條件下的土壤水分概率密度函數(shù)表達式。
　?。?）改進了灌溉需水量估算方法?；谕寥浪謩討B(tài)隨機模型，建立了具有物理基礎(chǔ)的灌溉需水量計算模型，模型綜合反映了灌溉需水量與降水、土壤、作物、灌溉等因子的定量關(guān)系，克服現(xiàn)有經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷牟蛔?，為變化環(huán)境下適宜灌溉方式的選取提供