阿拉尔垦区不同盐土水盐运移试验及模拟研究

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耕地盐碱化已经成为新疆农业开发和持续发展的重大限制条件和障碍因素,研究不同盐碱程度盐碱耕地土壤入渗过程,探明其影响因素和机理,从而为盐碱耕地进行改良和利用,促进塔里木灌区耕地盐渍化防治具有重要意义。本研究以阿拉尔垦区不同盐渍梯度盐碱耕地土壤为试验对象,采用室内土柱法模拟田间滴灌入渗过程,分析灌水量和滴头流量对水分入渗动态变化特征及水盐再分布过程的影响。同时,使用HYDRUS-2D模拟不同滴灌条件下含水量和含盐量在土壤中分布变化情况,并利用格子Boltzmann方法建立渗流模型,对不同孔隙率多孔介质渗流的影响进行定性分析。主要取得以下研究结果:(1)土壤湿润体体积随着灌水量的增加而增大,轻度盐碱土湿润体体积大于重度盐碱土湿润体体积。相同灌水量处理下,轻度盐碱土水平湿润半径比重度盐碱土减少10.3%,垂直入渗深度增加11.2%,重度盐碱土垂直入渗率较轻度盐碱土降低了21.3%;滴头流量为2、4、8 L/h时,重度盐碱土湿润峰的地表湿润半径较轻度盐碱土增大16.3%,垂直入渗深度较轻度盐碱土减小16.7%,不同滴头流量处理下轻度盐碱土入渗率较重度盐碱土提升了11.9%;说明随土壤盐度增加,土壤持水性提高,盐碱土入渗能力降低。灌水量为8L、12L、16L时,轻度盐碱土10cm以上土层的平均含水率分别为12.7%、13.1%、13.7%,重度盐碱土的含水率数值为13.2%、13.6%、14.3%;重度盐碱土表层土壤含水率高于轻度盐碱土,越靠近滴头脱盐率越高,轻度盐碱土脱盐效果更明显,增加滴头流量可增大两种土壤脱盐区域。使用幂函数对湿润峰运移距离进行拟合效果,各拟合参数的决定系数(R~2)均大于0.95。(2)通过HYDRUS-2D土壤水分运移进行模拟,结果表明:模拟值与实测值吻合程度较高,R~2大于0.9,HYDRUS-2D能较好的反应了水盐运移变化规律,水平方向模拟精度高于垂直方向。(3)分析了孔隙率、生长核分布概率和方向生长概率对构造多孔介质的影响;建立基于格子Boltzmann方法的渗流模型,n=0.6时连通性较好,渗流速度较其它处理明显更大,多孔介质内部渗流的平均速度随着孔隙率的增加而增大。
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