灌溉方式变化对半干旱农牧交错带地下水的影响研究

发布时间：2020-11-16 19:00

　　 地下水是半干旱农牧交错带经济发展和生态安全的关键,天然情况下降雨入渗是其主要的补给方式。近几十年灌溉农业发展迅速,半干旱农牧交错带成为我国重要的农业开发区,灌溉条件下地下水的补给主要来自降雨与灌溉回归水。随着灌区的发展以及灌溉技术的推广,膜下滴灌在西辽河平原得到了规模化的实施,对于普遍以地面灌为主的西辽河平原地区,推广膜下滴灌后将对降雨入渗和回归水量都产生重大影响,改变入渗补给临界埋深。一方面基本不会产生灌溉回归水,导致地下水的采补平衡水位上升,另一方面对降雨入渗补给地下水这一关键水文过程产生影响,进一步影响地下水的采补平衡水位,形成新的临界埋深,给区域水资源的合理开发利用带来新问题,对区域的水资源管理产生根本性的影响。因此揭示灌溉方式改变对降雨入渗补给地下水过程及地下水临界埋深的影响成为当前半干旱农牧交错带地下水科学管理面临的关键问题,同时对保障半干旱农牧交错带的地下水安全和水资源的可持续开发利用具有重要的现实意义。基于上述问题,本文通过在半干旱农牧交错带典型区西辽河平原设置田间原位观测、深层土壤取样、地下水埋深动态观测以及北京大兴人工控制降雨观测试验等多角度对比分析灌溉方式由传统地面灌改为膜下滴灌后对土壤水运动及水分入渗的影响。并在试验的基础上,利用土壤水动力学模型分析不同次降雨情景下膜下滴灌和地面灌降雨入渗的差异,此外还结合研究区内的降雨、灌溉及蒸散发等综合情况,模拟作物(玉米)生育期以及完整年内膜下滴灌和地面灌两种灌溉方式下的水分入渗差异。基于以上试验和模拟,通过改进地面灌条件下的降雨入渗补给地下水临界埋深计算模型,提出膜下滴灌方式下降雨入渗补给地下水临界埋深的机理和计算方法,定量计算灌溉方式改变后地下水临界埋深的改变,提出灌溉方式改变后保障农灌区地下水安全的控制性临界水位,并以此为管理目标探索膜下滴灌推广的适宜面积。形成的主要结论如下:(1)根据田间原位观测分析结果,膜下滴灌对于土壤含水量的影响可按照玉米的生长情况划分为以下两个阶段。一是覆膜苗期阶段:膜下滴灌的土壤初始含水量要比地面灌高5.8%,覆膜保墒明显提高土壤含水量。二是主要生长阶段:膜下滴灌提供相对更好的生长环境,玉米生长消耗水分导致其土壤水分亏缺大于渗量和入渗深度两个指标来体现。天然降雨情况下,综合两处试验点数据,膜下滴灌的次降雨有效入渗量小于地面灌,二者相差5.9%,即与地面灌相比,膜下滴灌的实施会减少降雨有效入渗量。就降雨入渗深度而言,单次降雨量在30mm左右时,入渗深度基本在2m以内,当雨量超过40mm后,两种灌溉方式下的降雨入渗深度基本都能达到2m,根据不同时刻入渗深度的大小比较关系趋势,地面灌的入渗深度将首先达到2m。(2)通过深层土壤(4-5m)取样分析表明,地面灌方式下土壤水分入渗深度可以达到5m或者更深,而膜下滴灌方式下土壤水分入渗深度较少能达到4m。通过监测井井水位动态数据得到,在汛前至汛后稳定阶段内,在灌溉、降水、蒸发等多种因素共同影响的条件下,地面灌区域降雨入渗补给和灌溉回归水补给地下水明显,井水位出现抬升现象,而膜下滴灌区域的井水位则处于下降趋势。玉米主要生长阶段内,大降雨事件对地面灌区域的地下水具有一定的补给作用,而膜下滴灌区域的地下水则基本接受不到降雨入渗的补给。(3)人工降雨条件下,入渗水量分析结果表明,降雨过程中膜下滴灌垄沟位置土壤水分增幅最大,地面灌次之,膜中位置增幅最小。降雨结束后垄沟位置水分消退明显,地面灌水分变化平缓。时间变化上垄沟位置水分最早增加,且水分在各深度间运移时间最短,地面灌次之,膜中位置存在明显延迟。结合两种灌溉方式下雨后不同时间的入渗深度,刻画出膜下滴灌方式下降雨的二维入渗形式,展现随雨量的增加和入渗的持续,波状曲面入渗逐渐坦化并趋于平面的入渗特征。(4)通过次降雨及完整年两种灌溉方式的水分入渗模拟,得出了不同土壤含水量情况下两种灌溉方式的入渗深度差异,综合西辽河平原降雨年内分布及作物生长情况,灌溉方式改变后入渗深度的变化趋势多属作物主要生长阶段模拟结果的范畴,即膜下滴灌的入渗深度都小于地面灌入渗深度;结合完整年模拟的水分通量和入渗深度结果,完整年入渗过程可分为入渗波动阶段、入渗显著阶段和入渗稳定阶段,膜下滴灌最终的入渗深度比地面灌小1.3m。(5)根据田间原位观测试验及人工降雨试验得到的两种灌溉方式在入渗过程、有效入渗量及土壤含水量上的差别,建立了膜下滴灌方式下降雨入渗补给地下临界埋深的计算方法,得到膜下滴灌方式下入渗补给地下水的临界埋深范围介于5.1～8.0m,则灌溉方式由传统地面灌改为膜下滴灌后地下水埋深的管理目标应该有所收紧。以此临界埋深为控制条件,引入开采强度法将膜下滴灌区域概化为开采区,根据开采强度和最大允许降深算得半干旱农牧交错带内膜下滴灌单片推广的面积宜控制在15万亩左右,以保障降雨对地下水的补给,维护区域的地下水安全。
【学位单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S273.4
【部分图文】：

图１．?１技术路线图??ｎ??

图２．?Ｉ西辽河平原２０００、２００５、２０１０及２０１５年土地利用图??

根据研究区内通辽、扎鲁特旗、开鲁三个国家气象站１９８０－２０１４时段内的年降水量??资料，采用Ｔｙｓｏｎ?ｐｏｌｙｇｏｎ?ａｌｇｏｒｉｔｈｍ计算西辽河平原的年均降水，并进一步求得西辽河??平原的多年平均降水量为３４２．３ｍｍ，结果如图２．３所示。由图可知，西辽河平原１９８０－??２０１５年间的年降水量在波动中呈现略微减少的趋势，年降水量倾向率为??９．１２１ｍｍ．?（ｌＯａｒ１。除此之外，经统计三个气象站的多年平均降水量，通辽气象站和扎??鲁特旗气象站的多年平均降水量基本持＇丨＇？，分別为３６２．２ｍｍ、３６６．８ｍｍ，开鲁气象站的??多年平均降水量略小，为３２４．８ｍｍ，从整体上看，西辽河平原多年平均降水量的空间分??布无显著差异。??１００?■?Ｒ２?＝?０．０１２３??１９８０?１９８５?１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５??年份??图２．?３西辽河平原降水年际动态??１９??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 温红娟;;打瓜膜下滴灌新技术试验示范与推广[J];农民致富之友;2019年04期

2 游磊;;新疆膜下滴灌节水技术存在的问题及对策[J];吉林农业;2018年06期

3 李万华;;谈谈膜下滴灌机械化技术要点[J];现代农业;2018年03期

4 吴玉秀;;新疆玉米膜下滴灌节水技术效益分析[J];南方农机;2018年21期

5 袁江杰;李光永;袁子程;;膜下滴灌和地下滴灌条件下玉米耗水、生长和产量对比[J];灌溉排水学报;2015年12期

6 郭晓红;孙立明;姜玉伟;潘世驹;周健;陈立强;全利;张先创;郑桂萍;吕艳东;;膜下滴灌旱种下寒地水稻品质与产量关系的研究[J];节水灌溉;2016年01期

7 李雅莲;;半干旱地区玉米膜下滴灌水肥一体化技术[J];农业与技术;2014年11期

8 郭晓红;周健;孙立明;潘世驹;姜玉伟;王长龙;全利;孙玉珺;郑桂萍;吕艳东;;膜下滴灌旱种下寒地水稻诸品质性状间的相互关系研究[J];节水灌溉;2015年10期

9 ;2017年6-8月全国主要农区土壤墒情预测[J];农村科学实验;2017年05期

10 张庆奎;;膜下滴灌相关技术分析[J];科技创新与应用;2014年06期

相关博士学位论文 前10条

1 靳晓辉;灌溉方式变化对半干旱农牧交错带地下水的影响研究[D];中国水利水电科学研究院;2019年

2 焦会青;绿洲棉田膜下滴灌土壤水盐运移模型构建及应用[D];中国农业大学;2018年

3 李明思;膜下滴灌灌水技术参数对土壤水热盐动态和作物水分利用的影响[D];西北农林科技大学;2006年

4 罗宏海;土壤水分变化对膜下滴灌棉花叶片光合作用及根系生理的影响[D];石河子大学;2008年

5 井涛;膜下滴灌马铃薯生长发育规律及其对水氮的响应[D];内蒙古农业大学;2012年

6 王振华;典型绿洲区长期膜下滴灌棉田土壤盐分运移规律与灌溉调控研究[D];中国农业大学;2014年

7 齐智娟;河套灌区盐碱地玉米膜下滴灌土壤水盐热运移规律及模拟研究[D];中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心;2016年

8 孙扬;密度和氮肥对膜下滴灌玉米生长及产量的影响研究[D];吉林农业大学;2016年

9 黄金瓯;旱区微咸水膜下滴灌水—土—棉花系统溶质时空变化规律及其应用[D];中国地质大学;2016年

10 何进宇;膜下滴灌水稻水—肥—盐—产量规律及优化灌溉制度研究[D];宁夏大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 樊凯;基于气象信息指导南疆膜下滴灌棉花灌溉的试验研究[D];中国农业科学院;2019年

2 崔永生;南疆机采棉花膜下滴灌水肥高效施用模式研究[D];中国农业科学院;2019年

3 彭遥;磁化水对膜下滴灌土壤水盐分布及棉花生长影响研究[D];西安理工大学;2019年

4 黎会仙;膜下滴灌施肥土壤水肥运移及分布规律研究[D];西北农林科技大学;2018年

5 候建伟;北疆膜下滴灌水稻耗水规律的研究[D];石河子大学;2018年

6 祁毓婷;玉米膜下滴灌水分运移规律的研究[D];山西农业大学;2017年

7 沈东萍;灌溉频率对新疆膜下滴灌高产（≥15000 kg/hm~2）春玉米生长发育及产量效应的影响研究[D];石河子大学;2018年

8 随龙龙;新疆膜下滴灌棉花播期对幼苗生长及植株顶部棉铃发育的影响[D];石河子大学;2018年

9 任娇;秸秆深翻还田对膜下滴灌玉米土壤水分及酶活性的影响[D];吉林农业大学;2018年

10 陈选;黑龙江省西部玉米膜下滴灌灌溉制度试验研究[D];东北农业大学;2018年

本文编号：2886546