滨海平原包气带水热盐运移二维模拟

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天津滨海平原地区属于海退地,地貌类型为平原且地下水埋深浅,海水浸渍作用使得地下水含盐量高,因此在半干旱气候条件下,盐分随着强烈蒸发作用向土壤表层累积,导致土壤次生盐渍化现象广泛分布。土壤盐渍化现象不仅导致滨海地区生物多样性减退,生态系统退化加剧,也制约着滨海地区经济发展。
  本文同时考虑包气带土壤剖面上水分、热量以及盐分之间的相互作用,以室内土箱实验得到的两种不同降雨量条件下包气带土壤剖面水分、温度、含盐量监测结果为基础,采用HYDRUS-2D软件对土壤剖面的水热盐运移特征参数进行率定,并在此基础上进行仿真模拟。研究目的在于探讨不同降雨量对土壤剖面水热盐再分配的影响作用,明确入渗-蒸发过程中水热盐的变化规律以及相互之间的影响,为滨海地区盐碱地修复以及土壤水资源及地下水资源调控提供科学依据。本文得到主要结论如下:
  (1)结合野外调查及土水样分析实验,将研究区包气带划分为三层并分析了剖面盐渍化特征。包气带从上至下0-10cm是土壤水带,10-40cm为中间带,40-80cm为毛细水带。0-10cm土层均为粉砂质粘壤土,10-80cm土层均为粉(砂)质粘土。土壤盐渍化类型为硫酸盐-氯化物型,地下水总含盐量大于3g/L,属于咸水。根据我国土壤盐渍化分级标准,研究区土壤属于滨海轻度盐渍化土壤。
  (2)进行室内土箱模拟实验,研究不同的降雨强度下包气带土壤剖面水热盐的运移过程。结果表明,降雨入渗-蒸发过程使得土壤水势、电导率及温度变化均存在周期波动性,且层位越靠下周期波动越滞后。较大的降雨量会对包气带水热盐再分配产生更明显的影响。
  (5)基于室内实验,建立HYDRUS-2D模型对包气带剖面水热盐进行二维模拟,得到模型水分、溶质以及热量运移的模型参数。对模拟效果进行评价及验证发现中雨仿真实验的水势、电导率及温度拟合情况较好,模型参数可靠。通过求取均方根误差、相对误差以及纳什效率系数评价拟合效果。各参数相对误差值均很小,体现了较好的模拟精度。对水分及盐分运移参数进行敏感度分析,水分运移参数敏感度由大到小为α>n>Ks>θs>θr,其中n及Ks与模型输出因变量为负相关,其他参数为正相关关系。盐分运移参数中Diffus.W.敏感度大于Disp.L.。
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