基于动力学补排的分布式地下水动态模型与模拟

以我国西北干旱绿洲区地下水位持续下降及地表生态严重恶化为背景，以深刻认识地下水补排过程及农业活动对地下水的影响为主线，采用现场原位试验及数值模拟方法，研究土壤特性空间变异、土地利用、灌溉方式等对地下水补给排泄的影响，建立分布式地下水补排动力学模型；将其与平面二维潜水非稳定流运动模型进行时空尺度耦合，建立研究区基于动力学补排的分布式地下水动态模型，并对农业活动条件下地下水动态进行模拟预测，获得面向环境友好的节水灌溉模式及土地利用方式。本研究旨在建立能够准确描述补排动力学过程的分布式地下水动态模型，力求回答："干旱绿洲区农业活动对地下水系统（地下水补排过程及地下水动态）有何影响？其定量关系是什么？"等科学问题，为西北绿洲区地下水资源合理开发利用及地表生态恢复提供科学依据和决策支持，促进干旱区地下水模型的创新与发展。

变化环境下灌溉农业对地下水的影响不容忽视，现有区域地下水模型缺乏考虑地下水补排过程（非饱和带水分运动）。本项目通过田间试验及数学模拟尝试解决了农业区域地下水补排动力学过程及其定量关系，模拟分析了不同水资源利用条件下典型干旱内陆区民勤绿洲地下水位时空动态，主要取得了如下成果： .（1）通过田间地下水位控制条件下非充分灌溉试验，初步获得了研究区主要作物春玉米灌溉水-土壤水-地下水转化规律。地下水位埋深从3m到2.5m变化对春玉米耗水量的影响总是明显大于水位从2.5m到2m变化影响。 地下水对春玉米耗水的贡献率随着春玉米生育期的推进有增大的趋势，相同灌溉处理条件下，地下水对春玉米耗水的贡献率随着地下水位埋深的增大而减小；相同地下水位埋深时，地下水对春玉米耗水的贡献率会随着灌水量的增加而减小。.（2）在民勤绿洲地下水概化为各向同性平面二维潜水非稳定流的基础上，将地表来水、灌溉用水等因素作为地下水系统的源汇项，建立了民勤绿洲地下水动态的FEFLOW模型。检验结果表明，该模型有较高的精度，平均误差为0.71 m，可以反映地表来水、灌溉用水对民勤绿洲地下水位时空动态的影响。相对而言，FEFLOW模型在民勤绿洲上游有较高的精度；年末地下水位模拟精度较全年动态模拟精度高，模型拟适用于模拟长时间尺度地下水动态。.（3）采用所建立的地下水模型模拟了现状条件、灌溉面积减少、节水灌溉、不同地表来水及综合工程措施实施等多种情景的民勤绿洲地下水位时空变化及水均衡情况。结果表明，灌溉面积的减少、地表来水的增加及节水灌溉的实施是缓解民勤绿洲地下水位下降的关键，多项工程实施后绿洲地下水位有望实现一定程度的回升，地表生态环境有所好转。模拟结果有助于全面了解不同措施条件下地下水位的动态及对地下水位恢复的效应，为民勤绿洲地下水可持续管理提供了理论依据。. 本项目共培养青年学术骨干1名，硕士研究生2名；成果共发表论文6篇，其中SCI收录5篇。