基于农田水土环境限制因子的河套灌区引黄水量阈值模拟研究

【摘要】内蒙古河套灌区面临引黄水量大幅减少的严峻形势,长期形成并在一定程度上趋于稳定的区域农田水土环境必将发生改变,寻求适合地区特点的区域农田水土环境预测方法,较客观的提出农田水土环境限制因子下灌区引黄水量的阈值,将对灌区生态农业可持续发展、水资源的可持续利用具有重要的科学及现实意义。研究以内蒙古河套灌区为背景,以永济灌域隆盛试验示范区为典型研究区,以耗水量大且对盐分呈中度敏感的玉米为代表作物,结合盆栽试验与相关研究结论,综合确定了农田水土环境限制因子(土壤水分、盐分、地下水埋深及矿化度)的阈值(满足玉米正常生长);通过较为系统的田间观测试验,对农田水土环境各限制因子进行经典统计分析及时空动态分析；在田间观测试验的基础上,建立了分布式非饱和-饱和带水盐运移耦合模型,基于农田水土环境阈值分别对典型研究区生育期、秋浇期的灌水量阈值进行了模拟预测；利用典型研究区灌水量与5大灌域灌水量建立了回归关系,以典型研究区引水量阈值结合回归方程反求各灌域灌水量阈值,初步得到河套灌区引黄水量阈值。本文取得的主要研究成果如下：通过不同土壤质地凋萎系数试验与不同盐分土壤作物出苗率试验,结合适宜土壤含水率、作物耐盐阈值与地下水适宜埋深值等相关研究结果,综合确定出玉米种植期、苗期-拔节期、拔节-抽雄期、抽雄-灌浆期、秋浇后封冻前的各限制因子阈值,其中土壤含水率阈值为：10%-15%、15%-20%、18%-25%、18%-25%、20%-24%;土壤含盐量阈值：05mS/cm、0.8mS/cm、1.5mS/cm、1.7mS/cm、0.45mS/cm:地下水埋深阈值为：1.8～2.2m、1.6～2.0m、1.6～1.8m、1.6～2.0m、1.8～2.0m；地下水矿化度阈值为：3g/l、1.7g/l、1.8g/l、2g/l、3g/l。利用经典统计分析方法对各限值因子的试验观测值进行统计分析得知,土壤含水率、土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度各时间段的观测值均呈中度变异性,其中土壤表层盐分与地下水矿化度的变异系数明显高于土壤水分与地下水埋深的变异系数,呈中度偏强变异性。土壤含水率、地下水埋深的观测数据以及经对数变换后的土壤含盐量、地下水矿化度观测数据接近正态分布。采用地统计学中的克里格插值方法,通过Surfer软件实现对典型研究区土壤耕层0-40cm的土壤含水率、含盐量及地下水埋深、矿化度的空间插值分析。在空间上,受边界条件和地势条件的影响,典型研究区土壤含水率、土壤含盐量、地下水埋深及矿化度由西北至东南均呈现为由高(浅)至低(深)变化,空间分布规律表现出一致性。利用灰色关联分析法对不同埋深条件下水盐关联度分析得知,当地下水埋深条件为2m时,土壤含水率、土壤含盐量、地下水埋深和地下水矿化度的灰色关联度达到相对平衡状态,说明典型研究区年均潜水蒸发极限深度应为2-2.5m之间。在先进的3S技术支撑下,利用地质统计学原理将典型研究区划分为土壤表层(0-20cm)盐分、质地相对均一的3个小区,在此基础上建立了分布式非饱和带土壤水盐运移SWAP模型,并对模型参数进行了率定和验证；以VisualMODFLOW为平台建立了典型研究区的地下水流及溶质运移模型;以非饱和带在地下水位处的水流通量和溶质通量以及地下水埋深作为耦合边界,构建了区域分布式非饱和带-饱和带耦合水盐运移模型及其算法,并对耦合模型进行了循环检验。运用检验后的耦合模型预测满足农田水土环境限制因子阂值下典型研究区的灌水量阈值,典型研究区不同水文年生育期的灌水量闽值分别为：枯水年296-308mm、平水年197-220mm、丰水年118-130mm；秋浇期的灌水量阈值平均为：178-194mm。以典型研究区灌水量与各灌域的灌水量建立了回归关系,在典型研究区灌水量阈值的基础上,反求各灌域灌水量阈值,通过直接计算法得到河套灌区引黄水量平均年阈值为38.1389-41.8257亿m3。研究利用土壤与地下水盐数值模型从精细微观定量的角度来预测河套灌域引黄水量阈值,研究结果将为内蒙古河套灌区的水资源可持续利用以及地区生态环境、农业可持续发展战略的制定提供科学依据。
【作者】马金慧；
【导师】史海滨；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，农业水土工程，2014，博士
【关键词】河套灌区；农田水土环境；限制因子；灌水量；阈值；耦合模型；

【参考文献】
[1]程尧.B公司的供应链审计案例研究[D].首都经济贸易大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[2]孙吉波.二再余热锅炉锅筒泄漏原因分析及改进措施研究[D].华东理工大学,动力工程,2013,硕士.
[3]任婷婷,陶梓菁,杨扬,汤云祺,杜佳冬.消费者网络购物信任度影响因素分析[J].商场现代化,2014,09:27-31.
[4]向孜.农民尊严感的政治社会学研究[D].湖南师范大学,政治学理论,2014,硕士.
[5]万欢.普罗科菲耶夫《g小调第二钢琴协奏曲》的创作技法研究[D].湖南师范大学,音乐学,2013,硕士.
[6]赵慧芝.租赁会计准则的改革研究[D].天津财经大学,会计学,2012,硕士.
[7]郭永厚.抓管理,强基础,提高信号设备维修质量[J].铁道通信信号.2008(01)
[8]张馨予.涉台大陆非婚生子女在台遗产继承权法律适用[D].湘潭大学,国际法,2011,硕士.
[9]李悦,施同飞,孙佳.磷酸镁水泥耐碱性能试验研究[J].建筑材料学报.
[10]郭英见,吴冲.基于信息融合的商业银行信用风险评估模型研究[J].金融研究,2009,01:95-106.
[11]刘玉楠,张朝晖,陈星,陈红军,饶维,蔡蓉.三聚氰胺磁性印迹固相萃取材料的制备及其应用[J].应用化学,2013,10:1222-1230.
[12]左明.农信社小额信贷风险管理研究[D].南京农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[13]肖伟强,蔡泽祥,刘为雄,曾耿晖,陈桥平.同杆线路零序互感对纵联距离保护的影响[J].电力系统自动化,2009,03:84-88.
[14]俞姬娜.宁波财税政策助推企业转型升级的研究[D].宁波大学,工商管理,2012,硕士.
[15]温达志,孔国辉,张德强,彭长连,张瑞凤,黎旭.30种园林植物对短期大气污染的生理生态反应[J].植物生态学报,2003,03:311-317.
[16]郭亚.信用卡诈骗罪研究[D].中国政法大学,刑法学,2004,硕士.
[17]李婵.江西省农业龙头企业融资行为研究[D].江西农业大学,企业管理,2012,硕士.
[18]徐磊.DIVA模型中应用AGNN对脑电信号分类的研究[D].南京邮电大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[19]林振龙.子午流注纳甲法针刺治疗颈椎病颈痛临床研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[20]吴荣兰.浙北丘陵山地梨—旱稻复合生态系统氮、磷元素循环研究[D].浙江大学,2003.
[21]李行诺,张文强,钱夏娜,童胜强,颜继忠.大孔吸附树脂-高速逆流色谱法分离纯化玄参中哈巴俄苷和斩龙剑苷A[J].中国现代应用药学,2014,09:1121-1124.
[22]张军.亚精胺诱导人宫颈癌Hela细胞凋亡机制研究[D].兰州大学,动物学,2013,硕士.
[23]陈影.徐树铮的建国宪政思想研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[24]董宝云.基于面料力学性能的针织服装压力舒适性研究[D].上海工程技术大学,服装设计与工程,2011,硕士.
[25]陈乐.含DMF染料废水的预处理实验研究[D].南京师范大学,应用化学,2012,硕士.
[26]王珊珊.多巴胺及去甲肾上腺素在感染性休克患者治疗中的对比研究[D].浙江大学,内科学,2013,硕士.
[27]钟琴.真实的虚构：新时期元小说叙事策略及其文化意味[D].浙江师范大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[28]刘永春.高校辅导员队伍建设管理问题与研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[29]李世强.莲心碱与叶绿素膜分离的实验研究[D].天津大学,化工过程机械,2004,硕士.
[30]王建聪,毛保华.车辆超限超载的危害性与治理对策研究[J].中国安全科学学报.2004(11)
[31]王晖.网络发展与思想政治工作研究[D].天津师范大学,2001.
[32]徐翔.几类传染病动力学模型的研究[D].东北大学,运筹学与控制论,2010,硕士.
[33]王菲.城市绿道规划与生态网络构建研究[D].山东建筑大学,艺术设计（专业学位）,2013,硕士.
[34]易珍.心脏发育候选基因CFL及CXXC5的TALEN打靶突变系的建立[D].湖南师范大学,遗传学,2014,硕士.
[35]侯绍静.A公司商业预付卡营销策略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[36]赵广宇.试论胡锦涛思想政治教育理论的主要内涵及重要意义[D].延安大学,思想政治教育,2014,硕士.
[37]高杨.中国房地产税收改革问题研究[D].辽宁大学,财政学,2012,硕士.
[38]国家辉.聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料结构形态与介电性能仿真[D].哈尔滨理工大学,2014.
[39]孙大为,杨琍明.亚洲金融危机对东南亚国家铁路发展的影响[J].中国铁路.1999(04)
[40]张燕平,张顺,钱付兰,张以文.基于用户声誉的鲁棒协同推荐算法[J].自动化学报.
[41]徐冰,赵铁军,王山雨,郑德权.基于浅层句法特征的评价对象抽取研究[J].自动化学报,2011,10:1241-1247.
[42]宋炬.简单复制模式的职业发展困境[D].中国社会科学院研究生院,社会政策（专业学位）,2014,硕士.
[43]雷静.远程学习资源分类及学生自主利用学习资源的能力研究[D].首都师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[44]蓝泓.朱鹮Ⅰ、Ⅱ类MHC多位点单倍型及其适应性进化研究[D].浙江大学,生态学,2014,博士.
[45]王清清.miRNA参与百草枯和MPTP致神经细胞损害及转录因子Nrf2在其中的作用初探[D].福建医科大学,劳动卫生与环境卫生学,2014,硕士.
[46]张海光.基于软开关技术的全数字PMSM交流伺服驱动系统的研究[D].福州大学,机械制造及自动化,2004,硕士.
[47]周长攀1,苏健勇1,杨贵杰1,杨金波2.基于双零序电压注入PWM策略的双三相永磁同步电机矢量控制[J].中国电机工程学报.
[48]栗源.琵琶指法中“弹挑”的发展及衍变[D].云南艺术学院,音乐学,2013,硕士.
[49]吴宪福.石材桥式切割机数控系统关键技术的研究与开发[D].广东工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[50]朱海英.儿童自我概念与重要他人评价的相关研究[D].华南师范大学,发展与教育心理学,2002,硕士.