本章在前述章节的试验资料和计算结果分析的基础上,为了对设施种植区的水盐变化进行分析,研究了位于上海青浦区的设施试验田内的水盐动态变化。利用Richards方程和对流-弥散方程(CDE)来描述田间的饱和-非饱和土壤中的水盐变化规律,借助Hydrus软件对动态变化过程进行了模拟和比较。
第一,对设施种植地块的定解条件进行了分析,采用变流量边界和空气边界相结合的方法来对设施地上表面进行模拟,采用水力传导度较大的材料属性来模拟排水暗管和采用渗出面位置来模拟排水管出口。通过模拟结果和实测值的比较发现,这种定解条件能够很好地模拟田间的控制排水过程,模拟效果能够满足田间分析的要求。
第二,研究了不同参数下的数值模拟精度。根据利用Marquardt-Levenberg优化算法,根据田间试验的其中一个处理(CL10)3个月的资料,对田间合适的土壤参数进行了率定。在参数的率定过程中,地下水埋深值和实测值的决定系数R2达到了0.98,RMSE值为6.136cm,率定所得的土壤含水量剖面值与实测结果较为一致。根据参数的反演结果,采用排水处理(CL10、CL15、CL20)超过9个月的资料进行了检验。检验结果表明:模型在地下水模拟中对所有的排水处理的模拟效果都较好,相关系数R为0.953~0.972;模型对土壤含水量和含盐量的模拟结果也较好,相关系数R都大于0.690,RMSE也处于合理范围之内。(www.daowen.com)
第三,根据数值模拟的结果,对田间土壤的水盐平衡和盐分累积规律进行了分析。结果表明,在不同的处理情况下,模拟得到的田间盐分上升趋势非常明显,且与田间实测情况一致。按照表层盐分的上升趋势分析,在没有排水的处理中,土壤盐分在短时间内会有较大增加,盐分达到一定盐化水平的时间为2~3年,这与区域调查结果一致。而采用一定控制措施以后,能够有效减少土壤盐分的聚集,延缓土壤的次生盐渍化的发生。
第四,利用数值模拟,对不同的排水方案进行了比较,所得到的结果对于了解控制排水的运行机理有一定的作用。按照模拟结果,暗管控制埋深较浅时,排水流量减小,对应的溶质排放浓度增加,但相互之间差异较小,因此在实际的田间管理中,要关注控制排水可能引起的排水浓度增加。
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