论文部分内容阅读
近年来,农业节水问题越来越受到重视。大型灌区农业用水量高,同时水资源浪费情况也较严重,节水潜力较大。作为全国重要的粮油生产基地,河套灌区属于典型的季节性冻土区,其独特的地理环境、较高的地下水位以及较高的地下水含盐量造就了河套灌区独特的灌溉方式—秋浇。为了得到适宜的秋浇灌溉制度,在保证秋浇效果的基础上最大限度的节约水资源,本文对河套灌区的秋浇制度进行了模拟研究。由于目前缺乏针对季节性冻土区进行模拟的作物模型,本文将主流作物模型SWAP与冻土水热盐运移模型SHAW进行耦合,得到适用于季节性冻土区的SWAP-SHAW耦合模型。SWAP-SHAW耦合模型以SWAP模型为基础,利用SHAW模型处理冻土水热盐运移的方法对SWAP模型进行耦合。本文给出了耦合过程并对关键的数值计算过程给出简要说明。对于SWAP模型的修正主要包括:修正原SWAP模型中的热传输计算方程,增加土壤水相变潜热项,给出热传输计算的迭代方法,并对初次冻结的土壤进行温度修正;给出利用温度及总含水量判断土壤是否冻结并计算土壤液态含水量与含冰量的方法;修正冻结后的土壤热特性;以及修正冻结后的土壤基质势。对耦合模型的模拟验证包括室内试验验证以及田间试验验证,其中室内实验验证采用前人所做室内冻土实验的数据,田间实验验证的数据来源为土壤三参数传感器Hydra Probe在土壤冻结期所观测的河套灌区实测数据。模拟验证结果显示,该耦合模型对室内条件以及田间条件下土壤冻结过程中的土壤温度和土壤含水率模拟效果较好,土壤含盐量的模拟结果有一定改进,能够反映土壤冻结过程中的水热盐动态变化过程,具有一定的可靠性。应用SWAP-SHAW耦合模型对河套灌区的秋浇制度进行了模拟。分析了不同排水条件对小麦生长发育的影响。同时分析了不同盐碱化程度的土壤在不同秋浇定额下的盐分动态以及第二年小麦的生长发育情况。模拟结果显示,对于重度盐碱化土壤,合理的秋浇定额在100m~3/亩—133m~3/亩之间;对于中度盐碱化土壤,合理的秋浇定额在67m~3/亩—100m~3/亩之间;对于轻度盐碱化土壤,合理的秋浇定额在33m~3/亩—67m~3/亩之间。在合理的秋浇定额范围内,小麦在第二年一水灌溉之前几乎不受盐分胁迫的影响,最终的相对产量也能达到较高的水平。