干旱区井渠结合膜下滴灌的土壤盐分演变规律和多尺度预测方法

The land resource is abundant in arid region of China, and the main obstacles for irrigating agriculture in this region are the water resource shortage and soil salinity. The mulched drip irrigation under the conjunctive use of groundwater and surface water in arid irrigation district has the advantages of water saving and soil salinity control, and it is shown as a valuable and great potential irrigation method. This work explores the water saving mechanism and water exchange regularities between groundwater and surface water under mulched drip irrigation in arid irrigation district. The salt exchange at local scale, field scale and regional scale will be discussed and the final bearing area will be analysed. A multi-scale numerical model for the long term prediction of soil salinity will be developed. The salt transport between different scales and the salinity evolution patterns will be discussed based on multi-scale modeling and field experiment. This work will provide the theoretical base for the analysis of the sustainability of mulched drip irrigation under conjunctive use of groundwater and surface water in arid region.

我国干旱地区土地资源丰富，水资源短缺和土壤盐碱化是灌溉农业发展的主要障碍，在灌区开展井渠结合膜下滴灌，可节水控盐，具有重要的实际应用价值。本研究以井渠结合膜下滴灌为背景，研究干旱灌区井渠结合的高效用水机理和水分转化特征，探讨膜下滴灌在局部尺度、田块尺度和区域尺度土壤盐分的运动规律、相互关系和盐分去向，提出长时间土壤和地下水盐分的多尺度嵌套耦合数值模型，根据理论分析和野外实验，探讨表层土壤、浅层地下水和深层地下水之间的水盐交换特征和演变规律，为干旱区井渠结合膜下滴灌的持续发展提供理论支持。

为解决干旱灌区水资源短缺和土壤盐碱化控制问题，提出井渠结合的灌溉模式，进行了大量的野外试验、资料收集、理论研究和模拟分析，主要取得以下研究成果：.（1）提出空间和时间联合调控的井渠结合利用模式，确定井渠结合的空间区域分布，给出不同类型区的井渠结合比；在灌溉的不同季节，分别采用地下水灌溉和地表水压盐，合理利用地下水和地表水资源。.（2）开发了区域尺度土壤根系层盐分的长时间预测模型，利用多年实测盐分和地下水数据进行模型检验，证明模型的计算精度和实用性。.（3）提出了一种求解饱和-非饱和土壤水分运动Richards方程切换技术，开发了一维饱和-非饱和模型H1D，并通过数值试验讨论了其性能优势。.（4）提出了一种基于双向迭代耦合及潜水面多尺度水量平衡分析的拟三维-饱和非饱和模型(M-H)和区域盐分多尺度耦合模型M-(H)~M-H，实现了大区域饱和-非饱和水盐运动过程的高效模拟。.（5）对干旱区井渠结合膜下滴灌实施后灌区多尺度地下水动态进行了预测,建立了田间、灌域及全灌区三种不同尺度下适应井渠结合条件的地下水位降深的均衡模型，结合实测资料、统计方法和典型灌域和全灌区数值模型，分析预测了灌区实施井渠结合后地下水动态。.（6）提出实施井渠结合后灌区水盐变化趋势和临界淋盐定额，利用不同类型灌区的地下水埋深、灌溉定额、灌溉水矿化度和作物的耐盐标准，提出了井渠结合区和膜下滴灌区的建议淋盐定额和水盐调控措施。