冻融季节苏打盐渍土的水盐变化规律

通过野外定位观测和室内分析,探讨了冻融季节的微域尺度(32 m长的横剖面)苏打盐渍土的水分和盐分的变化规律.结果表明:冻结期大量地下水迁移并储存在盐化草甸土的冻层中,同时地下水位埋深迅速从1.2 m下降到2.5 m以下;苏打盐化草甸土冻结层的含水率明显增加,其中30~40 cm土层的含水率变化最明显(从冻结前的20%增加到50%).苏打碱土冻层的含水率增量不明显,但盐分显著增加,其中白盖苏打碱土表层的盐分增量幅度达80%.盐分变化主要表现为苏打盐渍土表层HCO₃-、CO₃2-、SO₄2-以及Na+的增加,大量盐分表聚使消融期土壤的盐渍化程度不断加重.     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验:A组无地下水补给,土柱高度60 cm;B组地下水维持在距土柱表层60 cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深(0.5 m,1.0 m,1.5 m,2.0 m,2.5 m)情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验: A组无地下水补给,土柱高度60cm;B组地下水维持在距土柱表层60cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深（0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m）情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

云南滇池流域强烈灌溉条件下西芹大棚土壤水分动态特征

利用TRIME-T3型TDR仪土壤含水量测量系统和WM-1型负压计系统现场监测了强烈灌溉条件下整个作物生长期西芹大棚土壤水分、土壤负压(基质势)的动态变化;研究表明,不同深度土壤含水量受强烈灌溉的影响程度不同,0.3 m深度处受影响最大,1.0,2.0 m深度处受影响最小;受灌溉的影响,0.3,0.6,1.0 m深度处负压有所波动,其中0.3 m深度处负压的波动幅度最大;2.0 m深度处的土壤一直处于"饱和-非饱和"两种状态的转换之中;在地下水埋深为2.0 m左右,且上部土层的渗透性较差(饱和渗透系数仅为0.04 m/d)的情况下,地下水水位受灌溉的影响极小.     

吉林省西部湖泊地带苏打盐渍土溶陷性

吉林省西部苏打盐渍土的溶陷性是该地区河湖连通工程无衬砌渠道的主要工程问题之一，研究苏打盐渍土溶陷特性可为渠道溶陷防治提供依据。以乾安县内湖泊规划渠道经过的盐渍土区为研究对象，通过原状土的室内溶陷试验，得到了苏打盐渍土溶陷系数随压力变化的规律，分析了深度150 cm以上土壤溶陷系数随深度变化的关系。结果表明：苏打盐渍土在200 kPa的压力下，首次遇水时产生最大的溶陷变形量，溶陷系数最大，溶陷性最强，随着压力增大，溶陷系数降低；深度30 cm以上和120 cm以下的土壤不具溶陷性，30~120 cm的苏打盐渍土具有轻微溶陷性；30 cm以上的土壤作为积盐层，高浓度的交换性Na⁺使得土壤颗粒聚结，孔隙比较低，土壤水分入渗受阻，渗流作用微弱，盐分不易溶解、流失；30~120 cm的土壤间理化性质的差异是造成盐渍土溶陷的原因之一，是渠道溶陷治理的关键区域。     

地下水浅埋条件下毛乌素沙地农田土壤水分动态特征

为揭示毛乌素沙地春玉米农田在地下水浅埋条件下土壤水分动态特征,本文进行了多年春玉米生长期内农田土壤含水率与地下水埋深监测。监测结果表明:毛乌素沙地种植区浅层土壤含水率随深度增加而变小,深层土壤含水率随深度增加而变大,在枯水年浅层和深层的分界线为50 cm;浅层土壤含水率变化主要受降雨、蒸发、灌溉等外界因素影响,含水率波动较大,深层土壤含水率随地下水埋深的升降而相应地增减;枯水年深层含水率变化规律与地下水埋深变化规律相关性比浅层强,但相关系数最大的深度并不是距地下水埋深最近的深度;丰水年浅层含水率变化规律与地下水埋深变化规律相关性比深层强。研究成果可为毛乌素沙地农业科学灌溉和地下水资源保护提供参考依据。     

山前平原土壤水资源评价层的实验研究

根据冉庄水资源实验站资料,分析土壤水分布特征。实验提出当地下水埋深为2m时,土水势剧烈变化带在0~1.4 m。地下水埋深超过10 m时,土壤水剧烈变化带为0~2.2 m。地下水埋深为8 m时,2 m以下的土壤水资源量仅占全剖面的11.1%,3 m以下的土壤水资源量仅占全剖面的8.1%。本地主要作物为玉米、小麦。玉米最大根深在1.0~1.5 m,小麦最大根深在2.0~2.5 m。综合分析,得到河北省山前平原地下水大埋深区土壤水资源评价层厚度为2.5~3.0 m。     

新疆叶尔羌河流域地下水时空动态演变及影响因素研究

本文以新疆叶尔羌河某流域为研究区域,基于区域2个地下水监测点1987-2010年地下水监测数据,结合M-K突变分析方法对区域地下水时空动态演变及影响要素进行分析。分析结果表明:区域年地下水资源量呈现明显下降趋势;区域地下水埋深从1999-2000年出现较明显的突变点,M-K值在-0.5~1.0之间;区域地下水埋深从春夏之交的动态变化最大,秋季的埋深变化最小;区域地下水埋深空间分布降低逐步向外扩散;区域降水是地下水影响的主要因素,降水量每增加50 m,地下水可抬升0.4 m左右。     

阜阳市现状地下水水位水量适宜性分析

为实现构建水位和水量双指标相结合的地下水水资源控制管理模式,以安徽省阜阳市为例,分析了阜阳市地下水动态特征,制定了研究区浅层下水水位水量适宜区间,并分析了现状条件下研究区地下水水位水量的适宜性。研究结果表明:研究区北部平原区浅层地下水适宜水位埋深确定为1.5~3.0m,枯水期或春季可适当调整,但建议最大埋深不宜大于3.8m,南部平原区浅层地下水适宜水位埋深可确定为1.0~3.0m,局部地区根据具体要求可做适当调整;现状条件下,阜阳市浅层地下水水位埋深基本位于制定的适宜水位埋深区间内,间接反映出,在现有开采井布局、作物种植结构和灌溉制度前提下,该区浅层地下水开采量较适宜,同时间接验证了制定的地下水适宜水位埋深的合理性。     

伊犁河流域土壤盐渍化对地下水特征的响应

分析土壤盐渍化与地下水特征之间的关系对区域水土资源可持续利用具有重要意义,同时也为地下水资源管理的科学化和现代化提供技术支撑。利用136个土壤剖面的540个土壤样品及相应地下水观测数据,采用对数正态分布模型,对伊犁河流域地下水埋深、矿化度对土壤盐渍化的影响进行了研究,计算分析了防止土壤盐渍化的地下水临界深度。结果表明:研究区表层土壤含盐量随地下水矿化度的增加呈指数增加的趋势;各土层含盐量随地下水埋深的增加呈对数下降的趋势;当地下水矿化度介于1~3g/L、3~6g/L、6~10g/L与1~10g/L时,盐渍化土壤出现频率峰值所对应的地下水埋深分别为1.44 m、1.65m、1.83m与1.63m。为了防止土壤次生盐渍化,当地下水矿化度介于1~3g/L、3~6g/L、6~10g/L与1~10g/L时,地下水埋深分别控制在2.06m、2.49m、2.66m与2.24m以上。地下水矿化度越大,可在较大的地下水埋深范围内发生土壤盐渍化。对数正态分布模型分析结果与对数拟合曲线分析结果基本一致,说明研究结果是可靠的。地下水埋深2.5m可作为防止土壤盐渍化的临界地下水埋深。     

Study on capillary rise from shallow groundwater and critical water table depth of a saline-sodic soil in western Songnen plain of China

The objective of this study was to develop an empirical equation for estimating the capillary rise in the saline-sodic soil area of Songnen Plain in China based on the Averianov formula. The capillary rise was observed under five controlled groundwater levels by lysimeters. Field experiment results indicated that capillary rise had close relationship with the groundwater table depth, soil moisture of 10–40 cm soil layer and leaf area index. These factors have been taken into account to develop the empirical equation for capillary rise simulation. The model parameters for Songnen Plain were derived by Levenberg–Marquardt and global optimization calculating method. The modeled capillary rise has a good agreement with the observed data (r ² = 0.875). With the simulation model, the critical water table depth was identified as 2.5 m, indicating that soil secondary salinization will not occur when the water table depth is deeper than 2.5 m. Therefore, in the irrigation areas, groundwater table depth should be controlled to be higher than 2.5 m to prevent the occurrence of soil secondary salinization. The results from this research will provide useful information for the water sources management and soil secondary salinization control in Songnen Plain of China, one of the most serious saline-affected areas in the world.     

渤海湾西岸滨海盐渍土的盐渍化特征分析

渤海湾西岸滨海盐渍土的盐渍化特征与滨海平原的地面高程、气候条件、盐渍土的理化性状、地下水的矿化度及人类活动等密切相关。就土盐渍化的程度而言,地面高程较高处的土高于地面高程较低处的土,上层土高于下层土。受蒸发和降水影响,地下水位以上土的盐渍化敏感深度为1 m左右。随着气候的变化,滨海盐渍土显现出春季蒸发,上层土积盐;夏季淋洗,土中盐分向下移动的盐渍化特征。随着深度的增加,土的含盐量逐渐减少,至地下水位附近出现轻微增长。从剖面上地表至地下水位间可划分为3个不同聚盐形态和含盐量的土盐渍化程度分区带,即土蒸发浓缩聚盐带、土盐化变动带和土饱水溶盐带;平面上向海岸线方向延伸,土逐渐由非盐渍土变为弱盐渍土、中盐渍土和强盐渍土,含盐量和盐渍化程度也越来越高。地下水位浅和地下水矿化度高,则上层土的盐渍化程度就愈高。     

旱区湿地周边盐渍化农田生态水位阈值与“水位-水量”双控技术

西北旱区湿地周边农田易盐渍化,合理实时控制和降低地下水水位是实现湿地保护及其周边农田盐渍化防控“双赢”的有效途径。选取西北石羊河流域邓马营湖湿地与农田之间过渡带为示范研究区,通过分析地下水埋深变化特征及其与表层土壤盐分的协同关系,确定生态水位阈值,并基于该阈值研发了由虹吸辐射井群为支撑的地下水“水位-水量”智能双控技术,其关键点是:采用一井虹吸联通多个辐射井,用于增大弱透水层区单井涌水量,实现水位面状控制;利用电系统、信号系统和控制器集成智能控制子系统,实现地下水水位和水量的实时控制。该技术示范应用结果表明:随地下水埋深增大,农田盐渍化风险和湿地植被芦苇覆盖率均降低,农田盐渍化防控和湿地保护的地下水埋深阈值为1.9～3.0 m;每年7—8月的潜水蒸发阶段是表层土壤主要积盐时段,期间智能双控系统可将地下水埋深调控在水位阈限范围;该双控作用不仅能够控降灌溉引起的表层土壤电导率的增大幅度,而且还能有效降低表层土壤的积盐速率;相对微咸水,淡水灌溉条件下智能双控技术的淋盐和控盐效果更明显。因此,这项技术能够实现地下水水位精准调控,对旱区湿地保护及其周边农田盐渍化防控具有重要的现实意义。     

Dynamics of the soil water and solute in the sodic saline soil in the Songnen Plain,China

According to the field experiment in the sodic saline soil region in the Songnen Plain, the dynamics of the soil water and solute affected by the shallow groundwater were explored during the growing season in 2004. The results presented that, influenced by the strongly evaporative demand, the soil water tended to transport to the upper soil layer with salt. The layered soil water balance model (LSWB model) revealed that the ratio of the water exchange between the groundwater and upper layer of the soil was 11.7:1. The groundwater discharge was 53.86 mm, but the groundwater recharge from the upper layer of soil was only 5.04 mm from 11 July to 06 September, which indicated that the groundwater could discharge to upper layer of soil and influence the soil salinization through capillary rise. The observed values of the salt content from July to mid-October presented that the soil solute was more changeable influenced by the climatic condition at 30 cm depth. As the field saturated hydraulic conductivity was low, the salts mainly accumulated in about 50–70 cm depth soil layer and hardly leached into deeper soil layer. Furthermore, the salt content was mainly controlled by the groundwater in the subsoil below 100 cm depth, the salt content decreased with the groundwater level receding. As influenced by the shallow groundwater and freeze-thaw action, further studies should be performed on the mechanism of soil salinization in the sodic saline soil region in the Songnen Plain of China.     

银川平原土壤盐渍化与植被发育和地下水埋深关系

土壤盐渍化是制约银川平原内部植被生长最主要的生态环境地质问题,也是影响区域农业生产的第一障碍性问题。基于遥感数据,结合表层土壤含盐量及地下水位观测资料,对银川平原土壤盐渍化与植被和地下水的关系进行了定量研究。结果表明：随着表层土壤含盐量的增大,NDVI(归一化植被指数)逐渐减小,植被发育较好的区域土壤含盐量均小于3 g/kg;植被主要生长在没有盐渍化或轻微盐渍化的地区,在中度和重度盐渍化地区几乎没有植被发育;在枯水季节,研究区土壤盐渍化最严重的地下水位埋深为1.5 m,而土壤盐渍化较为严重的地下水位埋深范围为1~3 m。     

吉林省西部潜水资源与生态环境风险分析

吉林省西部是我国主要粮食产区,但区内农业水利规划管理同时面临潜水资源与生态环境双重风险。近20年来,区内曾尝试多种水资源利用模式,但缺少不同模式应用效果的定量化对比。文章建立了不同水资源利用模式,对比分析各模式的水资源与次生盐碱化风险。以洮儿河流域为例,采用循环神经网络预测2019—2023年该地区大气降水和地表水对地下水补给量;通过随机数值模拟预测现状开采、连续干旱、无序开采、地下水库建设、节水灌溉、旱田改水田6种情形下,区内潜水水位空间分布特征。以防止次生盐碱化为目标,定义水位埋深上限为1 m;以含水介质厚度为参考,定义水位埋深下限为12 m。遴选适合吉林省西部地区地下水资源可持续利用模式。结果显示:无序开采是导致区内水资源枯竭的主要诱因;地下水库建设和旱改水工程有助于潜水资源维护,但长期运行可加剧生态环境风险。节水灌溉（净采强度为2.0×108～3.0×108 m3/a）是降低区内水资源风险和生态环境风险的最佳方式。文章采用的神经网络—随机模拟分析方法成功预测了地下水位变化驱动因子和地下水位中长期变化趋势,为我国干旱半干旱地区潜水资源利用方案制定提供了新方法。     

基于生态圈层结构稳定的地下水位计算与调控

干旱区绿洲灌区水资源集中开发使用,改变了地下水潜流场分布,造成了盐渍化和荒漠化并存的生态问题,严重威胁着绿洲的生态安全。以生态圈层结构理论为基础,深化研究潜水影响层概念内涵,构建干旱平原区潜水蒸发概念性模型,以黑河罗城灌区为例,从机理上揭示干旱区荒漠化与盐渍化的地下水埋深条件并进行定量计算与调控,主要成果如下:①描述了造成内陆河干旱区绿洲内部盐渍化和过渡带荒漠化的潜水蒸发运移规律,利用潜水影响层定义了盐渍化与荒漠化地下水临界埋深,并进行了定量计算,得到罗城灌区绿洲内部次生盐渍化的地下水临界埋深为1.3~1.5 m,过渡带荒漠化地下水临界埋深为8~13 m;②讨论了潜水影响层厚度定量公式中关键参数土壤当量孔径和液体表面张力在不同生态问题中的合理取值;③提出一种协同缓解干旱区盐渍化和荒漠化的地下水位调控方案,实现改善灌区内部盐渍化、控制过渡带荒漠化和水资源高效利用等多个目标。     

西北地区黑河中游盐渍化地区土壤盐分特征

土壤盐渍化是黑河中游可持续发展面临的主要问题之一,有必要深入分析该区盐渍化土壤的盐分含量以及各可溶性离子的相关性。通过野外考察和GPS定点等手段,在甘肃张掖市高台县境内黑河两侧盐渍化土壤进行了采样。采样方式为人工坑探分层取样法,地表5 cm内取样,如土壤剖面层位变化时取样,层位不变或者层位厚度超过50 cm时,平均30 cm取一次样;待水位静止后,采取地下水样品。一共坑探15个剖面,共采取90个土壤样品和15个地下水样品。样品的盐分以及各可溶性离子含量的测试结果表明:区内表层土壤属于重度盐渍土,土壤中盐类主要为硫酸盐,其次为氯化物,盐分聚集层的厚度在20~30 cm之间;在各层中,含盐量与SO24-、K++Na+、Cl-、Mg2+相关性较强,SO42-、Cl-与K++Na+的相关性较强,但在深度为90~100 cm的土层中各种相关性都减弱;土壤垂直剖面上,颗粒越细的层位其盐分含量越大,颗粒越粗的层位其盐分含量越小,而且颗粒粗大的层位越厚其表层盐渍化程度越低,颗粒细小的层位越厚则表层盐渍化程度增高。     

Soil salinization and critical shallow groundwater depth under saline irrigation condition in a Saharan irrigated land

In the arid irrigated lands, understanding the impact of shallow groundwater fluctuation on soil salinization has become crucial. Thus, investigation of the possible options for maintaining the groundwater depth for improving land productivity is of great importance. In this study, under saline irrigation condition, the effects of shallow groundwater depth on water and salt dynamics in the root-zone of date palms were analyzed through a particular field and modeling (SWAP) investigation in a Tunisian Saharan oasis (Dergine Oasis). The model was calibrated and validated against the measured soil water content through the date palm root-zone. The good agreement between measured and estimated soil water content demonstrated that the SWAP model is an effective tool to accurately simulate the water and salt dynamics in the root-zone of date palm. Multiple groundwater depth scenarios were performed, using the calibrated SWAP model, to achieve the optimal groundwater depth. The simulation results revealed that the shallow groundwater with a depth of ~80 cm coupled with frequent irrigation (20 days interval) during the summer season is the best practice to maintain the adequate soil water content (>0.035 (cm³ cm^?3) and safe salinity level (<4 dS m^?1) in the root-zone layer. The results of field investigation and numerical simulation in the present study can lead to a better management of lands with shallow water table in the Saharan irrigated areas.