基于農田水土環(huán)境限制因子的河套灌區(qū)引黃水量閾值模擬研究.pdf

1、內蒙古河套灌區(qū)面臨引黃水量大幅減少的嚴峻形勢，長期形成并在一定程度上趨于穩(wěn)定的區(qū)域農田水土環(huán)境必將發(fā)生改變，尋求適合地區(qū)特點的區(qū)域農田水土環(huán)境預測方法，較客觀的提出農田水土環(huán)境限制因子下灌區(qū)引黃水量的閾值，將對灌區(qū)生態(tài)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展、水資源的可持續(xù)利用具有重要的科學及現(xiàn)實意義。
　　研究以內蒙古河套灌區(qū)為背景，以永濟灌域隆盛試驗示范區(qū)為典型研究區(qū)，以耗水量大且對鹽分呈中度敏感的玉米為代表作物，結合盆栽試驗與相關研究結論，綜合確定了

2、農田水土環(huán)境限制因子（土壤水分、鹽分、地下水埋深及礦化度）的閾值（滿足玉米正常生長）;通過較為系統(tǒng)的田間觀測試驗，對農田水土環(huán)境各限制因子進行經典統(tǒng)計分析及時空動態(tài)分析;在田間觀測試驗的基礎上，建立了分布式非飽和-飽和帶水鹽運移耦合模型，基于農田水土環(huán)境閾值分別對典型研究區(qū)生育期、秋澆期的灌水量閾值進行了模擬預測;利用典型研究區(qū)灌水量與5大灌域灌水量建立了回歸關系，以典型研究區(qū)引水量閾值結合回歸方程反求各灌域灌水量閾值，初步得到河套灌區(qū)

3、引黃水量閾值。本文取得的主要研究成果如下:
　　通過不同土壤質地凋萎系數試驗與不同鹽分土壤作物出苗率試驗，結合適宜土壤含水率、作物耐鹽閾值與地下水適宜埋深值等相關研究結果，綜合確定出玉米種植期、苗期-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽雄期、抽雄-灌漿期、秋澆后封凍前的各限制因子閾值，其中土壤含水率閾值為:10％～15％、15％～20％、18％～25％、18％～25％、20％～24％:土壤含鹽量閾值:0.5 mS/cm、0.8 mS/cm、1.5 m

4、S/cm、1.7 mS/cm、0.45 mS/cm;地下水埋深閾值為:1.8～2.2 m、1.6～2.0 m、1.6～1.8 m、1.6～2.0 m、1.8～2.0 m;地下水礦化度閾值為:3g/l、1.7 g/l、1.8 g/1、2g/l、3g/l。
　　利用經典統(tǒng)計分析方法對各限值因子的試驗觀測值進行統(tǒng)計分析得知，土壤含水率、土壤含鹽量、地下水埋深、地下水礦化度各時間段的觀測值均呈中度變異性，其中土壤表層鹽分與地下水礦化度的變

5、異系數明顯高于土壤水分與地下水埋深的變異系數，呈中度偏強變異性。土壤含水率、地下水埋深的觀測數據以及經對數變換后的土壤含鹽量、地下水礦化度觀測數據接近正態(tài)分布。
　　采用地統(tǒng)計學中的克里格插值方法，通過Surfer軟件實現(xiàn)對典型研究區(qū)土壤耕層0～40 cm的土壤含水率、含鹽量及地下水埋深、礦化度的空間插值分析。在空間上，受邊界條件和地勢條件的影響，典型研究區(qū)土壤含水率、土壤含鹽量、地下水埋深及礦化度由西北至東南均呈現(xiàn)為由高（淺）至

6、低（深）變化，空間分布規(guī)律表現(xiàn)出一致性。利用灰色關聯(lián)分析法對不同埋深條件下水鹽關聯(lián)度分析得知，當地下水埋深條件為2m時，土壤含水率、土壤含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度的灰色關聯(lián)度達到相對平衡狀態(tài)，說明典型研究區(qū)年均潛水蒸發(fā)極限深度應為2～2.5 m之間。
　　在先進的3S技術支撐下，利用地質統(tǒng)計學原理將典型研究區(qū)劃分為土壤表層(0～20cm)鹽分、質地相對均一的3個小區(qū)，在此基礎上建立了分布式非飽和帶土壤水鹽運移SWAP模型，并

7、對模型參數進行了率定和驗證;以Visual MODFLOW為平臺建立了典型研究區(qū)的地下水流及溶質運移模型;以非飽和帶在地下水位處的水流通量和溶質通量以及地下水埋深作為耦合邊界，構建了區(qū)域分布式非飽和帶-飽和帶耦合水鹽運移模型及其算法，并對耦合模型進行了循環(huán)檢驗。
　　運用檢驗后的耦合模型預測滿足農田水土環(huán)境限制因子閾值下典型研究區(qū)的灌水量閾值，典型研究區(qū)不同水文年生育期的灌水量閾值分別為:枯水年296～308mm、平水年197～2

8、20mm、豐水年118～130 mm;秋澆期的灌水量閾值平均為:178～194mm。
　　以典型研究區(qū)灌水量與各灌域的灌水量建立了回歸關系，在典型研究區(qū)灌水量閾值的基礎上，反求各灌域灌水量閾值，通過直接計算法得到河套灌區(qū)引黃水量平均年閾值為38.1389～41.8257億m3。
　　研究利用土壤與地下水鹽數值模型從精細微觀定量的角度來預測河套灌域引黃水量閾值，研究結果將為內蒙古河套灌區(qū)的水資源可持續(xù)利用以及地區(qū)生態(tài)環(huán)境、農業(yè)