理论教育 设施种植区面源污染模拟与优化调控改进

设施种植区面源污染模拟与优化调控改进

时间:2023-10-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在上面的模型验证的过程中,改进的RZ模型较好地模拟得到了盐分的变化过程,因此,利用模型模拟的结果对在不同处理情况下的脱盐率进行计算。按照试验区无排水处理的实测数据为初始条件,利用RZWQM模型对2007年10月~2009年3月时间段内的土壤盐分变化进行了模拟分析,比较了不同处理下的盐分变化情况。发生这种现象的原因与RZWQM模型中网格不能进行无限小的划分有一定的关系。

设施种植区面源污染模拟与优化调控改进

淋洗是指通过灌水将土壤中的盐分转化为自由溶液中的盐分,并自土壤一定深度中排出。盐分淋洗的指标计算公式为:

灌水淋洗可以控制土壤中盐分的积累,为了研究不同控制排水处理下的土壤在灌溉下的盐分淋洗效率,按照上式对2007年11月和2008年4月的盐分脱盐率进行了计算,结果见表5-11。

表5-11 不同处理条件下的盐分淋洗情况

从表5-11可以看出,土壤的表层容易受到灌溉淋洗的影响,但是这种淋洗的作用可能会发生将土壤上层的盐分淋洗到下层土壤中,如无排水处理的表层至20cm土层中,灌溉后的盐分均出现了减少,但40cm、60cm的土层中的盐分却出现了增加。CL10、CL15、CL20的表层盐分有很大程度的降低,但是在10cm、20cm位置处的盐分却有所增加。在试验的过程中,由于盐分的空间变异性,加上灌溉排水过程中可能也加速了盐分的空间变异性,要准确地测量得到土壤的盐分值是比较困难的。

在上面的模型验证的过程中,改进的RZ模型较好地模拟得到了盐分的变化过程,因此,利用模型模拟的结果对在不同处理情况下的脱盐率进行计算。

根据历史水文资料,试验所在地青浦区在3~10月的平均旬降雨量为42.0mm(累积降雨量为798.1mm),在10月至次年3月的平均旬降雨量为17.1mm(累积降雨量为187.9mm)。为了分析在设施种植条件下的最优排水措施,并结合田间试验的管理经验,将控制排水调控分为两个阶段:在降雨量较少的非雨季(10月至次年3月)控制排水的出口深度小一些,在降雨量较大的雨季(3~10月)控制排水的出口深度大一些。因此设计了两种控制排水方案:方案A在雨季的控制出口深度为80cm,非雨季的控制出口为深度40cm;方案B在雨季的控制出口深度为60cm,非雨季的控制出口深度为30cm;方案C在雨季的控制出口深度为60cm,非雨季的控制出口深度为20cm。由于不同的排水暗管间距与田间排水工程的规模密切相关,当排水暗管间距较小时,整个田间需要布置的暗管就要增多,会导致工程规模增大,因此设计了9种不同的排水暗管间距(7m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m和50m)来进行比较。

按照试验区无排水处理的实测数据为初始条件,利用RZWQM模型对2007年10月~2009年3月时间段内的土壤盐分变化进行了模拟分析,比较了不同处理下的盐分变化情况。图5-44中给出了3个不同的时期土壤的表层盐分在不同处理中的结果。(www.daowen.com)

图5-44 不同控制排水方案下土壤表层含盐量序列图

从图5-44可以看出,无排水处理区的盐分最高,而7m排水处理在控制处理A的深度下所取得的盐分最低;控制处理C相对于控制处理B的盐分在2008年5月31日的表层盐分有较大的差异。如果以2g/cm3的盐分为控制指标,则20m以下的排水间距在控制处理B下所取得的盐分控制都能满足要求。从图中还可以看出,在暗管间距由小变大的过程中,表层土壤的盐分变化有上下跳动过程。发生这种现象的原因与RZWQM模型中网格不能进行无限小的划分有一定的关系。在模拟中,RZWQM模型的网格划分默认的最小值为1cm,而实际划分时多依照分层深度选择3~5cm划分,因此可能在一些间距下,表层盐分往下运移后被计入下一层土壤的盐分值中。但这种影响相对是比较小的,从图中基本上可以看出这种盐分变化的趋势;同时也可以根据这种跳动了解盐分的往下运移趋势。

将2007年10月—2009年3月分为5个时期,按照降雨量、揭盖棚管理等分为07-08揭棚期(2007年10月—2007年11月)、07-08盖棚期(2007年11月—2008年3月)、雨季(2008年3月—2008年10月)、08-09揭棚期(2008年10月—2008年11月)、08-09盖棚期(2008年11月—2009年3月),采用脱盐率作为这5个时期的盐分变化的衡量指标。

从图5-45中可以看出,不同深度的盐分变化在表层最高,在20cm内较低,在60cm内最低,这说明表层盐分受降雨揭盖棚影响比较大。大棚的盐分在盖棚期上升,07-08盖棚期和08-09盖棚期的表层盐分上升可以达到369.2%和1381.9%,在雨季的表层盐分下降则可以达到96.9%,这验证了试验调查中大棚盖棚后盐分快速上升和降雨后盐分下降的情况,同时也说明了雨季揭棚淋洗对维持大棚内盐分平衡具有很重要的作用。07-08揭棚期和08-09揭棚期的表层盐分和20cm内的盐分出现了下降,但60cm内的盐分却出现了上升,且这种盐分变化相比较盖棚期和雨季的盐分变化要小得多,这说明非雨季时大棚土壤揭棚也对维持盐分平衡有利。

图5-45 不同控制排水方案下土壤不同深度下含盐量比较

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