基于HYDRUS模型的华北平原小麦种植区水盐运移模拟*

李 琦,李发东,**,张秋英,乔云峰,杜 锟,朱 农,杨 广,李俊峰,何新林

(1.石河子大学水利建筑工程学院 石河子 832000;2.中国环境科学研究院 北京 100012;3.中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101;4.中国科学院大学 北京 100049)

农田土壤水是限制农作物生长必需的因素之一,缺少有效的灌溉制度导致的土壤干旱,易导致根区环境恶化、作物吸水困难甚至死亡,而适当灌溉可在一定程度上减轻缺水对作物生长造成的负面影响[1-5]。目前灌溉农业消耗着世界上70%的淡水用水量,我国农业灌溉水平相比其他发达国家较为落后,其中华北地区灌溉水利用率仅为0.587[6-10]。华北平原农田灌溉用水多来自于地下水,对地下水使用与管理造成较大压力且地下水大量开采造成的环境问题十分突出。

目前水分运移预测常用的Gardner模型和van Genuchten模型具有较好的模拟效果,后者因更高的精确度被广泛使用[11-14]。HYDRUS-1D模型由美国盐土实验室研发,其中内嵌van Genuchten模型,可用于分析各种饱和多孔介质中一维垂向的水流和溶质运移,亦可用于模拟水、热和多种溶质在不同饱和介质中的运动[15-17]。该模型提供了丰富的参数设置及边界条件,可根据实际情况进行选择。已有学者使用HYDRUS-1D模型模拟土壤水盐运移状态后发现,盐分随灌水而向下层运动,且盐分含量随灌水定额的增加而减小[18-20];而潘延鑫等[21]使用HYDRUS模型在陕西卤泊滩进行试验并发现,500 m3·hm−2的灌溉定额可以有效控制当地土壤积盐。王志坤[22]使用HYDRUS-1D模型对相同灌水定额、不同灌水模式条件下1 m土体内盐分含量做出对比,发现沟灌模式下土壤平均含盐量低于畦灌模式;采用不同矿化度的灌水水质可能会使作物严重减产,但土壤积盐率会随灌水矿化度的增加而增加[23-24]。……