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關鍵詞:引嫩擴建;北部引嫩總干渠;土壤水鹽動態;防治土壤鹽漬
1 研究區域地理位置
研究區位于黑龍江省的西部,即:齊齊哈爾市、綏化市、大慶市3個市全境,哈爾濱市的呼蘭區、雙城區、賓縣、巴彥、阿城等區縣。
引嫩擴建一、二期工程全部完成后,灌溉面積將分別達到230.7萬畝與448.25萬畝。根據國內外干旱半干旱鹽漬化土壤區域發展灌溉都將能否防治土壤鹽漬化作為灌溉成功與否的重要標準,因此進行防治土壤鹽漬化措施研究具有重要現實與深遠意義。
2 土壤水鹽動態研究
土壤水鹽動態研究是改良鹽漬土和防止土壤次生鹽漬化的理論基礎,也是水利工程設計與建設所需的重要參數以及生態環境保護、國土整治的主要依據。
2.1 土壤水鹽動態研究點的布設
2.1.1 北部引嫩工程烏南總干渠研究點
分別在19km段(基本無鹽漬土);58km段(小量鹽漬土分布);薩分干段(鹽漬土分布較多的渠段),以總干渠為中心,不同距離布設了土壤水鹽動態研究點。研究點在1972年6-12月完成(北引未通水前完成的),在布設研究點時測了水位,取了土水樣,進行室內PH、鹽分的分析。
2.1.2 氣象站研究點
為使氣象要素進行分析成果之用,分別在林甸、安達、肇東等3個氣象站觀測場內布設了研究點,研究項目觀測時間與北引3個渠段一致。
2.1.3 肇蘭新河研究點
肇蘭新河是在原旱河自然排水溝的基礎上,于60年中期擴建而成的人工骨干排水河道。于90年代開始在青肯泡污水庫南岸與肇蘭新河的上游的四村、西山及肇蘭新河中游肇東鎮,下游(金山)各布設了三個土壤水鹽動態研究井,井深、井距各研究點同相同,且均為黃土狀亞粘土及潛水。
2.1.4 肇東尚家土壤改良試驗區
試驗區設在肇東鎮9km尚家鎮紅明一隊,是60年代新開的鹽漬草原,土壤水鹽動態研究點分別設在蘇打鹽土、鹽化草甸土、堿化草甸土與草甸黑鈣土等4處,從72年開始觀測,經歷了豐水年、平水年與枯水年3個時段,觀測時間、水、土化驗項目與北部引嫩3個渠段相同。
2.2 研究項目
2.2.1 地面水、地下水的化學分析。包括PH、總鹽(水為礦化度),在布設研究井期間還進行了顆粒(質地)測定,個別年份還對10-20-30cm土壤有機質、N、P、K含量的分析。
2.2.2 研究頻次:水質分析一般在每年的豐水期與枯水期各測一次,土壤在特殊年采取土樣進行分析,由于土壤化學成分比較穩定測的次數較少。
2.3 研究結果與分析
2.3.1 北部引嫩烏南總干渠研究點成果
(1) 地面水質
北部引嫩工程的水源為訥河市拉哈鎮附近的嫩江干流水,從1976年8月開始到2013年,累計總引水量約150億立方米,通水前的1970年PH值7.37,總礦化度0.07g/L。1998年是區內嫩江、松花江發生特大洪水,引進的嫩江水PH: 7.31、礦化度增加了0.02g/L。1999-2001年為區內特旱年,PH值7.22較通水前-0.15,總礦化度增加0.04g/L。2002-2005年PH均值較通水前-0.04,總礦化度增加0.02g/L。2006-2013年均值PH7.66,總礦化度0.0139g/L。陽離子總量1.16mg/L,Na++占陽離子總量的15.99%。
北引烏南總干渠19、58、薩分干3個渠段,1998年嫩江、松花江發生了特大洪水后1999至2001年發生特旱年,2003-2005年為平水年,3個渠段PH值7.40-7.58,總礦化度0.11-0.63g/L,較通水前均有不同程度的減少。
北引工程的大慶與紅旗泡兩座水庫,較引嫩江水蓄水之前PH值與總礦化度均有不同程度的減少,PH減產0.08-0.22,礦化度減少0.08-0.50g/L 。
(2) 北引烏南總干渠土壤水鹽動態水質
19km渠段:潛水位(地下水位):最高2.617m,最低水位4.078m,到1999年平均為2.3m。PH值略高于通水前,礦化度有6處高于通水前,PH值及離子含量及總硬度總堿度較通水前,減多增少。
58km渠段:左岸最高水位1.79-1.84m,最低水位為4.40-4.73m。右岸最高水位2.13m,最低水位為4.58m。PH與鹽分:左岸較通水前增加的17項,減少的29項,即減多于增加。1999年特洪后增加的28項,減少的33項,即減少略小于增加。
薩分干渠段:北引通水前1973-1974年北引通水前最高潛水位1.30-2.3m,最低潛水位3.51-4.19m,變幅1.89-2.21m。北引通水后,南1號最高水位最高升高1.30m,最低水位升高0.24m,而距引水渠較高的點,潛水位與引水總干渠水位基本上無影響。
薩分干段:右岸較通水前增加18項,減少的14項;右岸較通水前增加18項,減少11項。通水后較通水前右岸增加54項,減少51項。左岸通水后較通水前增加42項,減少的35項,總之本渠段通水后較通水前有增加的趨勢。
紅旗泡水庫:紅旗泡水庫是向大慶市工業生產與生活供水的水源地,從蓄供水1978年到2000年7月地面水PH值7.93,總礦化度0.294g/L,氟0.5mg/L,灌溉系數34.93。21世紀以來2002-2005年均值:PH值8.15,總礦化度0.24。分別較20世紀70年代增加0.22,總礦化度-0.09g/L,農田灌溉系數達到69.8,增加了34.87,為優質農田灌溉優質水源的1.94倍。
(3) 北引烏南總干不同渠段土壤PH與鹽分
土壤PH及鹽分研究,包括北引烏南總干渠19km、58km、薩分干3個渠段,取土深度由地表向下均為0-30cm,30-50cm,50-100cm,在72與73年通水前在布設研究井點時,在100cm以下到潛水位每100cm取層攏動土0.5kg,分析土壤的PH、總鹽量CO32--、HCO3-、CL-、SO42-、與Ca2-、Mg2+、K+、Na+等項,在通水后多次進行土壤樣的測定,結果如下:
0-1.0m以上土壤鹽分與PH監測研究的結果:烏南總干19 km段1994年、1999年、2001年3個年度,通過9個項目研究成果統計,較通水前的1972年分別減少78%、100%、67%。尤其是1998年區內發生特大洪水后,研究的9個項目均有不同程度的減少。58km段亦有減少的趨勢,即增加的占44.4%、11.1%、22.2%。而減少的分別占56.0%、88.9%、77.9%。幅度不如19km段大,但薩分干段,明顯增加的項目多,分別占研究項目的67%、78.0%、78.0%。
(4) 林甸、安達氣象站PH與鹽分
通過1994年、2001年、2005年與北引通水前比較,增加與減少變幅較小,說明即使在沒有北引工程引水的影響,在自然狀況下也并非一成不變。其中安達市氣象站較1972年北引通水前增加的占44.5%,減少的占55.5%。林甸縣氣象站較1972年北引通水前增加占61.5%,減少的占38.5%。
2.3.2 肇蘭新河研究點成果
肇蘭新河研究點土壤水鹽動態研究包括肇蘭新河地下水、水質與尚家鎮紅明試驗區結合土壤改良進行的土壤水鹽動態的研究二部分。
(1) 肇蘭新河工程區水鹽動態
地下水位:青肯泡污水庫南岸段3個研究井最高水位多出現在1月或雨季,平均為2.77m。變幅為2.58-2.89m;最低水位出現在12月,平均為3.83m,變幅在4.49-4.04m之間。
肇蘭新河上、中、下游平均最高水位2.04m,變幅1.45-3.03m;最低水位平均3.60m,變幅在2.37-4.43m;最低水位平均3.60m,變幅在2.37-4.43m。
地下水水質:PH:平均為8.11,以中游肇東鎮段最高為8.79,污水庫岸地下水最低為7.80.。礦化度:平均為0.79g/L,上游最高為6.88g/L,下游金山段最低為0.79g/L。重碳酸根:重碳酸根平均904.7mg/L,中游最高為1103.2mg/L,下游最低為557.2mg/L。硫酸根:平均951.3mg/L,下游最低為39.8mg/L,上游最高達2501.5mg/L。鈣離子:平均為88.1mg/L,中游最低為35.3mg/L,上游最高在這249.5mg/L。鈉、鉀離子:平均874.2mg/L,下游最低為62.7mg/L,上游最高達183.4mg/L。總堿度、總硬度:總堿度平均為45.78德國度,總硬度平均34.54德國度,總堿度下游為25.61德國度,中游為58.98德國度,總硬度上游為71.97德國度,中游為10.82德國度。灌溉系數:平均6.81。下游最高為17.45,中游最低則為1.36。
此外,距肇蘭新河1-2km的四方山軍馬場和肇東鎮水利局深井地下水為白堊承壓水,PH略高于區內地下水質研究井。其他鹽分含量堿度、硬度均低于區內各研究井。
(2) 肇東尚家試驗區土壤水鹽動態
從區內降雨量分析,歷經豐、平、枯3個水文年,地下水的鹽分(礦化度)以輕度鹽化草甸土最低為0.737g/L,鹽化堿化草甸土次之為0.831g/L;草甸蘇打鹽土最高為1.576g/L;水中PH值亦有類似的趨勢,詳見表1。
3 防治土壤鹽漬化的措施
3.1 建立完善的排水工程體系
排水工程是防治土壤鹽漬的關鍵,是一項系統工程。包括干、支、斗與配套田間的工程,還有排水的出路。松嫩平原從60年代中期開始興建了安肇新河、肇蘭新河兩條人工骨干排水河道以及烏雙下游的東吐莫泄水工程,解決了封閉無出路的自然狀態,為引嫩工程、發展灌溉、防治洪水土壤鹽漬創造了環境條件,據黑龍江省大慶地區防洪工程管理處1993-2013年統計資料,安肇與肇蘭新河二條骨干排水河道累計泄水量達54.03億立方米,年平均泄水量 4.91億立方米,泄水量最大的是1998年與2013年,分別年泄水量9.26與10.59億立方米,土壤鹽分與其它污染物亦隨泄水排出區外,從而改善了地面水的環境質量與洪澇災害,但也存在部分水滲入地下,提高了土壤潛水水位,改變了潛水的水質。
3.2 北部引嫩工程防治土壤鹽漬措施
為防止土壤次生鹽漬化,在規劃設計中把排水作為重要措施,除充分利用60年代中期開挖的安肇新河、肇蘭新河打通排水出路之外,還在總體規劃中確定了以排定灌的方針,布設了排灌配套灌排系統,形成排灌結合的新灌區。采取禁止旱、水田插花種植的措施。在工程設計上采取一系列防止地下水位升高的有效措施,如總干渠設計水位平地面、總干渠兩側設置防護排水林帶,通過排水防止總干兩側地下水側滲,抬高地下水位,重點渠段開挖截流溝,非通水期間渠道放空不留水,并布設土壤動態觀測點,加強土壤水鹽動態研究和綜合試驗等。通過以上技術措施,從北引1976年8月引嫩江水開始至2013年止,累計引水總量達150億立方米,不但沒有引起土壤次生鹽堿化,而且由于加強排水,促進水體循環,改善了自然環境條件,促進了工農業生產的蓬勃發展和生態環境的改善。
3.3 將防治土壤鹽漬列入生態環境建設
生態環境建設是防治土壤鹽漬化的基礎,在松嫩平原鹽漬土區,要把防治土壤鹽漬措施列入生態建設規劃與建設之中,并提出實施規劃的具體措施。
3.4 草原鹽漬土壤改良措施
松嫩平原是畜牧業生產較發達的地區,但草原沙化、鹽漬化、退化比較突出,輕度退化草原面積占14.9%,中度退化草場面積占11.9%,重度退化草原占9.8%,已影響畜牧業的發展,黑龍江省人大已制定該區禁牧措施,已起到明顯的效果,應加強督促檢查,并認真貫徹執行。
以縣為單位選擇有代表性的典型區的草場進行淺耙松土播種施肥與灌溉的示范試驗,以提高牧草的品質與產量,為全區草場建設提供經驗,促進全區畜牧業的發展。
3.5 在有水源的鹽漬土區發展水稻種植
水稻是需水量大又是優質穩產高產作物,且有市場競爭優勢。但種植水稻必須有完善的排水工程體系。并堅持節水排灌,在地下水資源豐富區要采取井渠結合即地面地下水聯合運行,即利于水資源綜合利用,減少水費的支出,防止土壤次生鹽漬化的綜合效益。
3.6 施用化學改良劑
施用化學改良劑是國內外用于改良鹽漬土特別是蘇打堿化土壤的普遍方法。松嫩平原已應用化學改良劑有硫酸鈣,磷石膏、腐殖酸、磷酸三鈉渣等化學改良等項研究,也取得較好的效果,但由于改良劑產量有限,且成本高,目前推廣應用困難較大,今后隨著經濟的發展,人民經濟收入的提高,將是蘇打鹽漬土的重要措施。
此外,建立科學的耕作制、輸作制、大量施用農家有機肥,特別是利用秸桿資源還田等農業技術措施,對利用改良鹽漬化土壤都是行之有效的技術措施。
參考文獻
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關鍵詞:土壤水鹽;監測
中圖分類號:TK01+2文獻標識碼: A 文章編號:
一、2003年——2011年土壤水鹽監測任務及布設
1、1土壤水鹽監測任務
為了掌握渭干河灌區土壤的水分鹽分的變化情況,灌區不同類型地塊豐產田、低產田、墾荒地每月分別取含水率二次,取離子每季度一次。
1、2土壤監測點及監測要求
2011年為了做好土壤水分、鹽分的監測,并考慮監測點的交通情況,我站在新和縣央達克大隊、實驗站、小尤都斯克爾庫木分別作為豐產田、低產田、墾荒地進行監測,但通過近兩年監測發現墾荒地監測數據不理想,后于2006年把試驗點改到實驗站三號條田,監測效果較好。在土壤監測過程,首先要做土壤剖面并標出每一個剖面的土質,并于10、30、50、70、90 cm用環刀取土,拿回化驗室稱重,做出干容重,每次取土時在同一類型地塊分別鉆孔三個,孔間距不小于3米,采集含水率時看準鉆桿刻度,把土裝入鋁盒并在記錄本上記錄相應深度的盒號,把鋁盒拿回化驗室稱重做出含水率,若需一米土層貯鹽量還需對表土10、20、50、70、90cm分別裝袋取樣、寫標簽。
二、土壤含水率及貯水量的動態變化
2、1土壤含水率的測定及計算
每月對豐產田、低產田、墾荒地三個類型地塊分別取10、20、50、70、90cm土壤含水率,取回土樣鋁盒連同記錄紙交化驗室,由化驗人員先稱重后放入烘箱,烘干后稱重,
烘干法:含水率=含水重/干土重
含水重=(濕土+盒重)-(干土+盒重)
干土重=(干土+盒重)-盒重
2、2土壤含水率的變化
土壤含水率的變化在不同時間,不同類型產田,其含水率變化是不同的,灌水前后其含水率變化也是不同的,灌水前土壤含水率是隨土壤取土深度逐漸增加的,放水后10——50cm含水率較大,再往下逐漸減少,但隨著時間推移表層水分散發,含水率逐漸減少,而隨深度的加深,含水率又增加了。
不同類型監測點貯水量的比較
豐產田由于土質含沙量較大,土壤含水率不能維持在最高水平,但它是作物生長的適宜范圍之內,土壤水的利用率比較高;低產田、墾荒地由于地下水埋深較淺且含鹽量較高,只有通過灌排工程技術措施,不斷降低地下水位和土壤含鹽量,通過一段時期的改良之后,才能達到目前豐產田的調節利用水平。
土壤貯水量的動態變化
豐產田、低產田、墾荒地一米貯水量的動態變化是不同的,存在明顯差異。2004、2005、2006年貯水量變化不大,變幅范圍在105——106mm之間, 2007、2008、2009年貯水量變化比較大,2010年貯水量變幅范圍在88.92——146.77mm之間,2011年貯水量變幅范圍在82.9——171.8之間, 造成豐產田貯水量小而變幅大,墾荒地貯水量大而變幅小的主要原因:一是墾荒地土壤粘重,保水能力強,自我調節作用差;二是墾荒地開發初期土壤含鹽量大,土壤含水率只有維持在較高水平,才能使鹽分濃度不致于過高,有利于作物生長;三是墾荒地的地下水的埋深比豐產田要淺,地下水對根系層的補給也使得其土壤貯水量維持在較高的貯水量且有較小的變幅。從監測的土壤貯水量動態變化過程中還可以看出,在12月至次年3月貯水量有一緩慢的增加過程,這主要是季節性凍土區土壤凍結形成的土壤水分運動特征,以及開春后土壤的融凍形成的,這一現象對春季的土壤墑情及表土鹽分狀況均有重要影響。
三、土壤鹽分的變化動態
3、1土壤鹽分的測定方法
土壤鹽分的測定方法采用以下兩種方法:電導法、化學分析法。
①采用電導法可測出土壤中易溶性鹽分的總量,首先必須測定電導法的標準曲線,用電導法測定需按有關規程要求,制備土樣,制取土壤浸出液,用電導儀在同一溫度和電極條件下測定出液的電導值,查標準曲線可知求得土壤含鹽量。
②化學分析法:分別測出HCO3-、CO3-、SO42-陰離子和Ca2+、Mg2+、Na++K+陽離子含量,離子之和為其總含量,目前采用此方法。
3、2土壤鹽分類型及鹽堿程度
3、2、1土壤鹽分類型
按上述表格中土壤水鹽監測點2005年3月和6月兩次取土化驗結果,監測結果表明,土壤鹽分組成中,按毫克當量計的氯化根陰離子與硫酸根陰離子比值中可以看出:豐產田小于1,一般而言監測土壤含鹽量較低時,多屬氯化物—硫酸鹽型[cl-SO4]土或硫酸鹽型土,土壤含鹽量較高時低產田、墾荒地、荒地為硫酸鹽型土,對農作物的危害而言,氯化物為主的土壤為輕。
3、2、2土壤鹽堿程度
豐產田土層貯鹽量維持在2——3kg/m2,鹽化程度Ⅱ—Ⅲ級,低產田一米土層含鹽量維持在3——15 kg/m2,鹽化程度Ⅲ-Ⅴ級, 墾荒地一米土層含鹽量維持在4——56 kg/m2,鹽化程Ⅴ——Ⅵ級。
2003年——2011年3、6、9月一米土層貯鹽量的變化是不同的。6、9月的一米土層貯鹽量較3月稍大,一般情況下,3月和9月是土壤含鹽高峰期,3月是春灌前的消融期,9月是因7、8月的大量灌水抬高水位,鹽分向上遷移與積累。
豐產田、低產田一米土層貯鹽量2003年——2011年呈下降趨勢,墾荒地不明顯,這主要是墾荒地四周排水系統不健全,灌溉用水一部分取自機井,也造成了墾荒 地一米土層貯鹽量居高不下。豐產田一米土層貯鹽量維持在維持在2——3kg/m2,鹽化程度Ⅱ—Ⅲ級,低產田一米土層含鹽量維持在3——8.46 kg/m2,鹽化程度Ⅲ-Ⅴ級,墾荒地一米土層含鹽量維持在4——44.97 kg/m2,鹽化程度Ⅴ——Ⅵ級。
四、央達克試驗點實際灌溉定額與一米土層貯水量的理論分析
通過以上央達克豐產田棉花三次灌水數據資料分析發現,央達克2003——2010年灌水定額與一米土層貯水量單位統一后進行比較,灌水定額比一米土層貯水量要大,這主要是由于放水時,不能到地塊及時取土造成水分蒸發的損失,央達克豐產田為沙壤土,水分蒸發及滲漏都十分嚴重,以上原因造成兩者數據之間有差異。
五、意見和建議
1、低產田、墾荒 地要加大灌排工程的建設,盡快使鹽堿化程度降下來,以滿足作物生長的需要。
關鍵詞:水分預報農業生產應用
中圖分類號:[P426.68]文獻標識碼: A
土壤墑情檢測是生態環境保護和建設的重要內容,是重要的土壤信息。對農作物土壤墑情進行測定,掌握土壤墑情變化規律對植物生長具有重要的意義。影響土壤墑情變化的因素很多,由植物吸收、輻射、溫度、風速、空氣濕度等。作物需水量受作物品種、生育階段、氣象條件及土壤水分狀況等因素的影響。在作物蒸騰蒸發過程中,任何一個階段的影響因素都能對作物需水量產生作用。國內外大量實驗研究的結果表明,可分別單獨考慮土壤、植物、大氣三方面因素對作物需水量的影響。
土壤墑情是勞動人民在長期農業生產實踐中總結出來的用于反映土壤水分狀況的一種方法,是土壤濕度的一種通俗、較為定性的說法,但它考慮到土壤類型、作物、牧草種類、時空差異等因素,不只是簡單意義上的土壤濕度。
多年來,降水和土壤墑情作為影響農業生產的兩個重要因子被選為研究對象屢見不鮮,但對于秋季降水與春播關鍵期土壤墑情間關系及其應用方面的研究不是很多。實踐證明,僅用實況降水或土壤墑情進行春播生產氣象服務前瞻性不強,遠不能滿足為現代農業生產服務的要求。由于不同地區的農業氣候條件及特點存在差異,目前還缺乏通用的方法或思路,因此必須結合當地的實際需要和農業氣候特點,利用多年的農業氣候資料,研究具有預測意義的方法,用于指導當地的農業生產,從而改變僅以實況資料服務為主的局面。
土壤墑情的好壞對農牧業生產十分重要,它關系到春播、施肥、抗旱等生產活動和措施的實施時機的選擇,對作物牧草的出苗、返青、生長發育情況以及作物的最終經濟產量和牧草產量有著至關重要的影響。因為土壤水分是植物用水的最直接來源,因此做好土壤墑情的監測分析工作,對于黨政機關指導農牧業生產,有關部門進行農時安排十分重要。
一、確定預報前土壤的含水量
具體做法是分層(0~20cm、20~40cm、40~60cm)測定土壤的含水率,計算計劃層內的土壤含水量,其計算式為
βcp=(β20+β40+β60)/3
M=667×H×γ×βcp
式中:β20、β40、β60分別為土壤0~20cm、20~40cm、40~60cm的 土壤含水率;βcp為計劃層(0~60cm)平均土壤含水率;M為與抱歉測定土壤含水率時計算求得的計劃層土壤儲水量,m3/畝;H為計劃層深度,在這里采用0.6m;γ為測定區土壤的容重,t/m3
二、確定預報前土壤可利用的水量
預報前土壤可利用的水量用下式計算
M可—M—M小
M小=667Hγ小
式中:M可為預報時土壤計劃層尚可利用的水量,m3/畝;M小為預報作物允許的最小土壤儲水量,m3/畝;小為預報作物允許的最小土壤含水率(占干比重%),這個數值對每種作物都是通過試驗確定了的。
三、確定預報期作物的階段耗水量
預報期作物的階段耗水量計算式為
m=M可
或m=ap
式中:m為預報期作物的階段耗水量,m3/畝,也等于可利用的水量,m3/畝;α為預報開始后的計算日數,日;P預報開始后作物的日耗水量,m3/畝,可查試驗成果,也可用下式計算:P=ap水×667;α為作物耗水量與同期水面蒸發量的比值,一般在0.4~0.8之間,可通過觀測求得;P水為水面日蒸發量。
四、預報作物灌水日期
通過上式算得土壤儲水量尚能供作物消耗多少日(α值),然后從預報月、日開始,加上作物尚能消耗水分的日數,即可得到預報的灌水日期。如果預報后又降了一次雨,即要把降雨量折算成每畝的水量(見表1),用下式計算出需要推遲的灌水日數。
α′=
式中:α′為因降雨需要推遲的灌水天數;E為降雨所產生的土壤水量,m3/畝。
表1.
五、小麥灌水日期預報舉例
某地土壤為中壤土,土壤容重為1.4t/m3,田間持水率為26%,3月24日處在小麥抽穗期,測得計劃層(0.6m)平均土壤含水率為20%,此期最小土壤適宜含水率為17%小麥階段日耗水量為1.4m3/畝,問在沒有降雨的情況下,下一次灌水需在什么時候。
根據上述條件,現計算如下
M=667×1.4×0.6×0.20=112.0(m3/畝)
M小=667×1.4×0.6×0.17=95.2(m3/畝)
M可=M—M小=112.0—95.2=16.8(m3/畝)
α= M可/P=16.8/1.4=12(天)
關鍵詞:土壤水分含量;下墊面條件;動態變化模擬
中圖分類號: S152.7 文獻標識碼: A DOI編號: 10.14025/ki.jlny.2017.12.036
土壤水是指地表面以下,地下水面(潛水面)以上土壤層中的水分,也稱為非飽和帶土壤水[1]。在水文循環中,非飽和帶土壤水的運移被認為是最重要最復雜的部分[2]。土壤水研究是水科學研究中的重要內容,過去的研究主要集中在土壤水分含量及水分利用[3]、土壤水鹽分及其運移規律[4]、土壤水動力學及數值模擬模型研究[5]、土壤水水量計算及水平衡研究[6]、土壤水資源評價[7-12]等方面。
本研究考慮下墊面的條件差異,即流域內不同地貌單元、不同土壤質地、不同植被覆蓋條件下,土壤水資源量分布特征。對土壤水分變化規律進行深入研究,建立土壤水分動態模擬模型,模擬土壤水分在不同下墊面條件下的動態變化規律,預報土壤水分動態變化及區域的水文循環變化過程。
1 研究地區概況
實驗研究區位于江蘇省徐州市銅山區南郊,屬于黃泛沖積平原地帶,平均坡降萬分之一。流域面積1877平方公里,位于東經116°43′~117°42′、北緯34°01′~34°35′之間(圖1)。屬暖溫帶濕潤和半濕潤季風氣候,多年平均年降水量868.6毫米。6~9月的降水量占全年降水量的70%~90%。該區地貌類型以平原為主,兼有低山丘陵,土壤類型有黏土、砂質黏土及少部分沙土等。在研究區內,緩斜的坡度、坡向等地形因子對土壤水分含量有一定的影響,但不是主要因素;土壤質地,地表植被類型成為決定土壤持水能力的主要影響因素。研究區主要以居民區和耕地組成,其中95%以上為耕地。由于退耕還林政策,有15%的區域變成林地,主要有果園、楊樹林;耕地仍占較大部分,有蔬菜類和稻田等。
2 實驗內容
2.1 代表點的設計
結合黃泛沖積平原地帶的具體情況,根據該流域下墊面條件特點,在該地區取兩個實驗點:林區(梨園),非耕作區(砂土堰),如表1。
說明:試驗期間,該地區地下潛水面較高,部分觀測點埋深 1米處可見水。
2.2降雨模型實驗設計
在5個試驗點分別設置降雨模型,該降雨模型應保證在1米×1米的范圍內實現平均降水,并能實時監測、控制流速流量。利用PVC管制作9厘米×90厘米方格管網,利用鋼針頭刺穿PVC管,使水能在壓力作用下向上噴出,平均降落在1米×1米的實驗區上。同時在管網入口處連接閥門、水表,利用閥門來控制流速,利用水表實時監測降水量。進行降雨實驗時,應控制并記錄降雨時間,以計算降雨強度。
2.3產匯流模M實驗
在5個試驗點分別設置產匯流模型,該模型需要一定的自然坡度以保證流域匯水方向一致,且只形成一個流域出口。在實驗點建立1米×1米實驗區,用20厘米×100厘米鋼板將區域邊界封閉,并在其中一邊留出20厘米×20厘米斷面,作為流域出口斷面。盡量保持原狀土,為形成地形可適當人工制造坡度,并覆蓋以表層土。坡面匯流邊界設置水槽,通向流域出口斷面。在出口斷面制造堰和匯水溝。
2.4土壤水分的測定
用土鉆法對實驗點每隔0.1米分層取土樣,所取土樣深度h≤1米,每個實驗點取三個平行樣,然后用實驗室烘干法(105±2)℃,測定土壤的質量含水量;降水量的觀測采用雨量計實測。
3 結果
實驗前測得前期土壤含水率,如表2。
通過控制變量:實驗點土質、前期土壤含水率、降雨歷時、平均雨強等條件,測得如下出流結果,見表3。
4 結語
將不同深度、不同時間土壤的水分含量進行統計,得到不同前期土壤含水量、不同土壤質地、不同雨強下代表實驗點各層深度的土壤水分動態變化過程,分析得出以下結論。
一是土壤含水量隨著深度的增加,土壤含水量變化幅度減小。不同前期土壤含水量的試驗點,對降水的響應滯后時間不同,但最后土壤含水量都逐漸趨于某一穩定值。
二是不同土壤質地的土壤含水量對降雨的響應不同,砂質黏土較沙土不易下滲和蒸發,退水變化相對平穩。不同土壤質地的持水性也有較大差異,沙土地表到50厘米處土壤水分明顯小于砂質黏土試驗點的土壤水含量。
三是單位時間內不同降雨強度形成土壤含水量及產流量不同。雨強越大出流時間越早,出流歷時越長,單位時間內形成的徑流量越大。
參考文獻
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關鍵詞:柵格數據模型 土壤水分 鄂爾多斯 地理信息系統
數字水文模型是構建在數字高程模型(DEM:Digital Elevation Model)基礎之上的一種分布式水文模型,它以流域面上分散的水文參數和變量來描述流域水文時空變化的特性。利用GIS柵格數據模型進行地表水文特性的研究,是國際上的熱點研究領域。對此已有學者開發和建立了不同的算法和模型[1,2,6,8,13],同時也進行了相應的應用研究[7,14]。本文以鄂爾多斯高原的考考賴溝流域為例,利用GIS空間分析技術,建立研究區的數字高程模型。在此基礎上,建立基于柵格系統的水流模型。然后根據土壤水分平衡原理,建立累積土壤水分補給量的準分布式模型,分析不同地形條件對土壤水分補給量分布的影響。模型的建立與實現對于研究不同地形條件下潛在生態恢復的可能性、水土資源的耦合以及土地資源潛力的發揮具有重要意義。
1 模型的建立
1.1 累積土壤水分補給量模型 累積土壤水分補給量是指在降雨過程中能夠為土壤所保持的部分,只有這一部分降雨能夠為植被所潛在利用。它的空間分布不僅與土壤本身的物理屬性有關,而且還與地形坡度、高度、土地利用類型與管理措施等密切相關。