干旱灌区入渗蒸发条件下饱和与非饱和带水盐交换关系及耦合迁移机理研究

目前多数干旱灌区存在土壤与地下水系统水盐耦合迁移机理不清，饱和带与非饱和带以及耕地与非耕地之间水盐交换关系不明确等问题，严重制约灌区生态环境改善与水资源可持续利用。本项目以内蒙河套灌区为研究对象，通过理论研究、野外试验、数据分析和数值模拟相结合的手段和方法，旨在确定不同灌水量、地下水埋深和水质共同作用下饱和与非饱和带以及耕地与非耕地之间水盐交换关系，揭示研究区入渗蒸发条件下非饱和带盐分分布特征，以及不同分区的水分转化与盐分迁移机制，提出饱和带和非饱和带水盐迁移模型的耦合方法，在此基础上建立区域饱和-非饱和带水盐耦合迁移模型；模拟入渗蒸发条件下水盐耦合迁移过程；提出合理可行的水盐联合调控方案。本项目的研究成果可为灌区制定合理的灌溉制度和灌水方式，以及控制适宜的地下水埋深和防止土壤次生盐渍化方面提供科学依据和技术支持。

水资源短缺、水质恶化以及盐渍化问题一直是制约我国干旱灌区生态环境改善和经济社会可持续发展的主要问题。而明确饱和带与非饱和带以及耕地与非耕地之间水盐交换关系及迁移机理则是解决以上问题的关键所在。本项目以内蒙河套灌区义长灌域为研究对象，建立了农区-非农区水盐迁移模型，并利用1990-2010年的实测资料，定量分析了区域间的水分迁移、转化与消耗，以及盐分的迁移与排泄。通过实地调查，选择了义长灌域通济渠下面5000亩土地作为试验区，对不同土壤深度全盐量和地下水矿化度的变化进行了监测，在此基础上，揭示了入渗蒸发条件下非饱和带含水率和盐分分布特征，分析了地下水矿化度与土壤全盐量之间的相关关系。研究成果表明，尽管每年进入耕地的盐分比较多，约为83.72万吨，但实际上，耕地仍处于脱盐状态，年均排盐量为168.25万吨，因此非农区的旱排作用对于耕地脱盐起着至关重要的作用。另外，受土壤蒸腾发和地下水埋深的影响，耕地土壤中盐分含量呈现随深度增加先减少再增加的变化规律，而且土壤中盐分主要聚集在80cm以上土层，其中0~40cm耕作层的含盐量明显高于下部。此外，地下水埋深和水质与土壤全盐量的关系并不是十分明显，土壤盐分的变化除受地下水影响，还受灌水量、灌水矿化度、蒸发蒸腾及土壤质地的影响。本项目的研究成果可为灌区制定合理的灌溉制度和灌水方式，以及控制适宜的地下水埋深和防止土壤次生盐渍化方面提供科学依据和技术支持。