双组分盐水在非灌溉土壤中的潜在蒸散与模拟
发布时间：2020-08-23 12:05
【摘要】：采油废水对环境的污染已经逐渐引起了环境学家的重视,尤其是高含盐量的采油废水还将引起土地盐渍化,土壤盐渍化是全世界许多干旱、半干旱地区农业产量下降的主要原因。然而,由于缺乏规范化标准数据和指导性试验方法,环保部门暂时无法正式严格控制高含盐量的采油废水的脱盐化处理流程。为此,本文利用室内土柱试验进行了双组分盐水(氯化钠和硫酸镁)在非灌溉土壤中潜在蒸散规律的研究,分析了蒸散时间、地下水位和土壤容重对潜在蒸散过程中土壤水盐运移的影响,建立了该试验条件下土壤水盐运移的HYDRUS模型,利用HYDRUS-1D软件对非灌溉区土壤中水盐的运移规律进行了模拟,对模拟结果进行了验证,并对模型中参数的敏感性进行了分析。主要结论如下:(1)一维土壤水盐潜在蒸散试验得出土壤湿润锋与蒸散时间、地下水位呈幂函数关系。(2)地下水位、土壤容重对一维土壤中水盐潜在蒸散过程有显著影响。蒸散时间及土壤容重相同时,相同位置处地下水位越低,土壤含水率及含盐量越小,而湿润锋距离地下水位的位置也越高。蒸散时间及地下水位相同时,相同位置处土壤容重越小,土壤含水率及含盐量越大,湿润锋距离地下水位的位置也越高。(3)蒸散时间在7至35天对土壤中水盐分布的影响较小,但在前7天内土壤中水盐分布变化较为明显。7天后,随着蒸散时间的增大,水盐分布只在湿润锋附近出现明显的变化,时间越长距离土壤表面越近的土壤其含水率与含盐量也越大。(4)潜在蒸散条件下,氯化钠与硫酸镁两种盐分在土壤中的分布规律不同,氯离子的在土壤中的运移速度明显大于硫酸根离子的运移速度。(5)用所建立的HYDRUS-1D模型对土壤含盐量分布进行模拟,用土柱试验测得的试验值对模拟值进行验证,结果表明所建模型能够很好的再现潜在蒸散过程中盐分在砂质粘壤土中的运移过程。揭示了非灌溉地区盐分在土壤中潜在蒸散的运移规律。(6)对模型中参数的敏感性进行分析,得到的数据显示参数的敏感性由高到低依次为:饱和含水率θ_s?、经验参数α、纵向弥散度D_L、土壤饱和导水率K_s、经验参数n、经验参数I、残余含水率θ_r?。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S156.4
【图文】：
试验于 2016 年9月至2017 年5月在北京市房山区北京理工大学生态试。地理位置为北纬 39 度 43 分 33 秒，东经 116 度 10 分 16 秒，平均海年日照实数约 2700 h，总辐射约 5350 兆焦耳/平方米 年，平均气温 11.均降雨量 595 mm，平均蒸发量 1800-2000 mm。验材料与仪器验土样取自北京市房山区北京理工大学南校区东南角荒地，对土样进行，除去其中的碎石、草屑、杂物等，置于干燥地方自然风干，过 2 mm用烘干法测得所取土样的含水率为 6.59 %，把土样按土壤和水质量比液，由土壤浸提液测得土壤初始含盐量为 0.0598 g/100g，用 PH 计测 为 7.93。盐溶液由 NaCl 和 MgSO4组成，质量浓度为 5 %，两者摩尔，均为 0.294 mol/L。利用甲种比重计法测得土壤的颗粒组成，如表 2.照国际制标准划分土壤质地，如图 2.1 所示，得出试验所用土样为砂质表 2.2 为试验过程所用仪器。
北京理工大学硕士学位论文均匀打磨，以预防土柱填充过程中对侧壁进行挤压出现侧壁优土柱侧壁每隔 250 mm 用打孔器开一个直径 32 mm 的圆孔，测数据，在距离土柱低端150 mm处开孔，用于放置土壤盐分传边界条件的数据。每个土柱的孔个数依次为 5、6、7、8，另 1850 mm 土柱开孔间隔为 120 mm，共计 15 个孔，每个孔均塞塞住，以便记录每个位置的温度。柱设计为圆柱形垂直土柱，供水方式为自下而上。低端盐溶端，液面高度比土柱低端高出 150 mm，距离土柱顶端 100 m用来模拟太阳光照，土柱顶端温度保持在 30℃左右。
能够较好地模拟水分、溶质与能量在土壤中的分布，时空变化，运移规律。HYDRUS-1D 可以处理多种水流边界，常用的有定大气边界以及排水沟、给定流量边界、水头和变水头边界、渗水边界等。控制方程采用伽辽金线状有限元法进行求解。HYDRUS-1D 模型的构建主要依据是土壤水分运动方程和土壤盐分运动方程，而影响模型准确度的主要因素是模型参数的选取，因此本章讨论了模型参数选取对准确度的影响。4.1 HYDRUS-1D 模拟结果与验证根据前面试验所获得的土壤水分运移参数（表 2.5）、土壤溶质迁移参数（表2.6）、溶质分子的扩散系数（表 2.7）、初始条件（表 2.8）及试验记录的边界条件按照前文介绍的 HYDRUS-1D 模拟流程构建 HYDRUS-1D 模型。本次模型验证选用土壤容重为 1.35 g/cm3，初始含水率 0.0459，初始含盐量0.648 mg/cm3，地下水位 168 cm，蒸散时间为 30 天，模拟结果如图 4.1 所示。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S156.4
【图文】：
试验于 2016 年9月至2017 年5月在北京市房山区北京理工大学生态试。地理位置为北纬 39 度 43 分 33 秒，东经 116 度 10 分 16 秒，平均海年日照实数约 2700 h，总辐射约 5350 兆焦耳/平方米 年，平均气温 11.均降雨量 595 mm，平均蒸发量 1800-2000 mm。验材料与仪器验土样取自北京市房山区北京理工大学南校区东南角荒地，对土样进行，除去其中的碎石、草屑、杂物等，置于干燥地方自然风干，过 2 mm用烘干法测得所取土样的含水率为 6.59 %，把土样按土壤和水质量比液，由土壤浸提液测得土壤初始含盐量为 0.0598 g/100g，用 PH 计测 为 7.93。盐溶液由 NaCl 和 MgSO4组成，质量浓度为 5 %，两者摩尔，均为 0.294 mol/L。利用甲种比重计法测得土壤的颗粒组成，如表 2.照国际制标准划分土壤质地，如图 2.1 所示，得出试验所用土样为砂质表 2.2 为试验过程所用仪器。
北京理工大学硕士学位论文均匀打磨，以预防土柱填充过程中对侧壁进行挤压出现侧壁优土柱侧壁每隔 250 mm 用打孔器开一个直径 32 mm 的圆孔，测数据，在距离土柱低端150 mm处开孔，用于放置土壤盐分传边界条件的数据。每个土柱的孔个数依次为 5、6、7、8，另 1850 mm 土柱开孔间隔为 120 mm，共计 15 个孔，每个孔均塞塞住，以便记录每个位置的温度。柱设计为圆柱形垂直土柱，供水方式为自下而上。低端盐溶端，液面高度比土柱低端高出 150 mm，距离土柱顶端 100 m用来模拟太阳光照，土柱顶端温度保持在 30℃左右。
能够较好地模拟水分、溶质与能量在土壤中的分布，时空变化，运移规律。HYDRUS-1D 可以处理多种水流边界，常用的有定大气边界以及排水沟、给定流量边界、水头和变水头边界、渗水边界等。控制方程采用伽辽金线状有限元法进行求解。HYDRUS-1D 模型的构建主要依据是土壤水分运动方程和土壤盐分运动方程，而影响模型准确度的主要因素是模型参数的选取，因此本章讨论了模型参数选取对准确度的影响。4.1 HYDRUS-1D 模拟结果与验证根据前面试验所获得的土壤水分运移参数（表 2.5）、土壤溶质迁移参数（表2.6）、溶质分子的扩散系数（表 2.7）、初始条件（表 2.8）及试验记录的边界条件按照前文介绍的 HYDRUS-1D 模拟流程构建 HYDRUS-1D 模型。本次模型验证选用土壤容重为 1.35 g/cm3，初始含水率 0.0459，初始含盐量0.648 mg/cm3，地下水位 168 cm，蒸散时间为 30 天，模拟结果如图 4.1 所示。
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本文编号：2801506
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