SWAT模型在地下水浅埋灌区的改进与应用研究

In the irrigation district with shallow water table present, groundwater can be one important source for crop by groundwater evaporation, and agricultural activity, such as crop cultivation and irrigation, may have influences on groundwater evaporation and water table depth. In this study, lysimeter sets will be used to reveal the effects of the soil water condition in root zone on groundwater evaporation, and a new approach for simulating groundwater evaporation which reflects the influences of the soil water in root zone will be proposed. Moreover, the SWAT model applicable for the irrigation district with shallow water table will be developed, in which groundwater depth is introduced and the influences of irrigation and rainfall on groundwater evaporation and groundwater depth are considered. By collecting the data, the improved SWAT model will be established for the Irrigation Districts in the Lower Reach of Yellow River, and will be calibrated, validated and assessed by the measured data of runoff and groundwater table depth. Based on the simulation for by the improved SWAT, the influences of crop cultivation and irrigation on groundwater evaporation and groundwater depth will be discussed. This study has a significant meaning for the realization of the reciprocal influences among crop, soil water and groundwater,the improvement of hydrological simulation and water resources management for the irrigation districts with shallow water table. Keywords：SWAT, Groundwater evaporation, Groundwater depth, Soil water, Agricultural activity

在地下水浅埋灌区，地下水可通过潜水蒸发对作物耗水产生贡献，而作物种植和灌溉等农业活动又影响潜水蒸发和地下水埋深。本研究使用蒸渗仪组开展试验，揭示作物根区土壤水分状况对潜水蒸发的影响，并提出反映作物根区土壤水分等多因素影响的潜水蒸发计算模型。在此基础上，发展适用于地下水浅埋灌区的SWAT模型，引入地下水埋深变量，反映灌溉和降雨等因素对潜水蒸发和地下水埋深的作用。在收集资料的基础上，利用改进SWAT在黄河下游灌区建立模型。通过径流与地下水埋深实测数据对改进模型进行识别、验证和评价。基于改进SWAT模拟，在灌区尺度上探讨作物种植和灌溉等农业活动对黄河下游灌区潜水蒸发和地下水埋深的影响规律。本研究对认识地下水浅埋灌区的作物、土壤水和地下水相互作用规律、提高灌区水文模拟能力及改善灌区水资源管理有积极意义。

在地下水浅埋灌区，地下水可通过潜水蒸发对作物耗水产生贡献，而作物种植和灌溉等农业活动又影响潜水蒸发和地下水埋深。本研究使用蒸渗仪组开展试验，揭示了作物根区土壤水分状况对潜水蒸发的影响，并提出反映作物根区土壤水分等多因素影响的潜水蒸发计算模型。在此基础上，发展适用于地下水浅埋灌区的SWAT模型，引入地下水埋深变量，反映灌溉和降雨等因素对潜水蒸发和地下水埋深的作用。基于改进SWAT分析灌溉制度和土壤类型对潜水蒸发和地下水的影响。. 在田间尺度上，基于蒸渗仪试验提出了反映作物根区土壤水分等多因素影响的潜水蒸发计算模型。对于潜水蒸发的两个重要影响因素：极限地下水埋深和根区稳定储水量，基于蒸渗仪试验和HYDRUS-1D数值模拟重点分析了这两个变量的影响因素和确定方法。结果表明，对于试验所用冬小麦和粉土，极限地下水埋深约为5m。地下水埋深从0.5 m增加到2.5m时，潜水蒸发线性减小；地下水埋深从2.5m增加到5m时，潜水蒸发以幂函数形式减小。地下水埋深从0.5m增加到2m时，根区稳定储水量Ws（地表下60 cm土层的稳定储水量）线性减小；地下水埋深超过2m时，Ws不再受地下水埋深的控制。. 在灌区尺度上，改进了SWAT模型的潜水蒸发计算模块，引入了地下水埋深变量，并基于地下水平衡原理计算浅层含水层水量及地下水埋深，考虑了潜水蒸发对地下水埋深的影响。改进SWAT可为每一个水文响应单元输出逐日地下水埋深，可用来分析土地利用方式变化、气候变化或农业管理措施对灌区地下水埋深和潜水蒸发的影响。基于改进SWAT初步分析了黄河下游灌区灌溉制度对潜水蒸发和地下水埋深的影响。结果表明，随着灌溉水量和灌溉频率的增加，多年平均地下水埋深减小，但灌溉对潜水蒸发的影响较为复杂。对于黄河下游灌区最主要的三种土壤（壤砂，砂壤和粉壤），粉壤的多年平均地下水埋深和潜水蒸发量均最大，壤砂的最小。本研究对认识地下水浅埋灌区水分循环特征和改善灌区水文模拟能力有积极意义。