利用DRAINMOD模型模拟银南灌区稻田排水过程

宁夏灌区大量的农田排水是目前造成黄河及其周边地表水域污染的原因之一。为了改善灌区水管理状况,该文利用美国农业部所推荐的田间水文模型——DRA INM OD,对宁夏银南灌区稻田排水过程进行了模拟研究。结果表明:模拟的农沟排水量与试验观测值极为接近,年平均排水量误差仅为0.4%;日地下水埋深预测值的N ash Su tcliffe效率系数达到了0.86;由于理论方法无法考虑田间水位的动态变化,按照平均田间水位计算的生长期内排水量超过实测值36%。这表明利用模型可以更详细地描述田间水文过程,并灵活地对灌区长期运行进行预测。

基于DRAINMOD-S模型的滨海盐碱地农田暗管排水模拟

在分析农田暗管排水饱和-非饱和土壤水、盐运移数学模型的基础上,对DRAINMOD-S模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述,利用典型滨海盐碱地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型对不同排水暗管布置方案的地下水埋深进行了长序列模拟,在模拟率定参数的基础上,用DRAINMOD-S模型对0～80 cm土壤层剖面含盐量进行了模拟,结果表明:模型具有良好的水文模拟性能,地下水位及土壤含盐量模拟值与实测值拟合精度较高;可用于预测盐碱地地下水埋深、土壤层剖面中盐分含量,是改良盐碱地农田暗管排水工程设计和水管理的有效工具。

应用DRAINMOD农田排水模型对地下水位和排水量的模拟

农田排水工程在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长和改善田间耕作管理等方面起着积极的作用，合理的排水系统设计是保证排水系统正常运行、作物正常生长的关键。以水平衡理论为基础建立的DRAINMOD模型，可用于研究排水系统对作物生长和各水文要素的影响，适用于浅地下水位和较湿润地区。该文对模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述，采用加拿大安大略省南部Eugene F．Whelan试验站自由排水和控制排水—地下灌溉两种水位管理条件下，1992～1994年6～8月地下水埋深观测值、3年地表径流和地下排水水量观测值对模型进行了模拟验证。图形显示和统计参数指标分析表明，模拟值与观测值拟合较好，表明模犁具有良好的水文模拟性能，可用于预测地下水埋深、地表和地下排水量，是农田排水工程设计和水管理的有效工具。

基于DRAINMOD的农田地表径流氮素流失动态模拟

为了解水旱农田地表径流氮素流失机理及过程,于2008年6～9月在湖北省漳河灌区开展了田间试验,并利用DRAINMOD模型对其进行模拟。研究结果表明:水田地表径流铵态氮和硝态氮的流失率均高于旱地,水田地表径流以铵态氮为主,而旱地以硝态氮为主。水旱农田地表径流氮素流失模拟值与实测值都非常接近,水田地表径流硝态氮和铵态氮模拟的相对误差分别为8.35%和10.99%,旱地分别为5.45%和14.11%;水田硝态氮和铵态氮模拟的效率系数分别为0.961和0.974,旱地的分别为0.993和0.938,效果都很好。因此,利用DRAINMOD模型进行该地区农田氮素流失动态模拟是可行而有效的。

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。

DRAINMOD和HYDRUS-1D模型对水稻控制灌排条件下农田水位的模拟

为研究水稻控制灌排条件下农田水位的变化,根据2017年的水稻测坑种植试验资料,率定DRAINMOD模型和HYDRUS-1D模型参数,以相关系数、平均偏差及纳什效率系数为评价标准,通过比较2018年农田水位模拟值与实测值的吻合程度,分析2种模型模拟稻田干湿交替条件下农田水位的可靠性。结果表明:DRAINMOD模型和HYDRUS-1D模型的模拟结果均能较好地反映农田水位的实际变化情况,模拟值与实测值的相关系数分别为0.778和0.849,平均偏差分别为2.051 cm和1.809 cm,纳什效率系数分别为0.509和0.360,且2个模型模拟结果没有显著差别;DRAINMOD模型和HYDRUS-1D模型均可用于模拟水稻控制灌排条件下农田水位变化,为稻田水分运移研究提供方便可行的方法。

DRAINMOD模型参数灵敏度分析

参数灵敏度分析对于合理确定模型参数具有重要意义。以五道沟水文水资源实验站为研究区域,采用局部灵敏度分析方法分析了DRAINMOD模型逐日排水量对侧向饱和导水率k、排水系数D.C以及地表最大积水深度Sm的灵敏度。理论分析与计算表明:不同的参数在不同的阶段对排水过程的影响呈现不同的规律,土壤侧向饱和导水率对排水过程的模拟结果影响最为显著,而其他参数的影响则相对较小。根据灵敏度分析结果进行调参,来有效地提高模型模拟的精度。

应用DRAINMOD对测坑控制排水条件下地下水位的模拟分析

为研究控制排水措施对农田地下水位的影响,在湖北省荆州市四湖工程管理局丫角排灌试验站进行了测坑控制排水试验,并利用DRAINMOD模型对不同试验方案下地下水位进行数值模拟。模拟结果表明:在棉花生育期内,地下水位模拟结果和实测结果的一致性较好,该模型可有效地模拟预测水测坑控制排水条件下地下水位特性;控制排水措施能有效调控地下水位。

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。

满足机械收割农艺条件下稻田排水暗管布局DRAINMOD模型模拟

在长江中下游稻麦轮作区,水稻秋收期阴雨连绵现象时有发生,收割机械因农田土壤过湿而无法及时下田收割。如果建设暗管排水系统,则可及时降低地下水埋深,保证机械收割的顺利进行。该文以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,以地下水埋深降至60~80 cm作为适于一般机械收割的田间排水要求,运用田间水文模型-DRAINMOD模拟了满足1~5 d机械下田条件的暗管排水布局,并分析了相应的田间水文效应以及模型主要输入参数的敏感性。根据研究区1954-2016年逐日气象数据(包含降雨、气温、湿度、风速和日照时数等)的模拟结果显示:考虑大型机械收割要求(地下水埋深大于80 cm),当暗管埋深为90~150 cm时,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为7.42~18.74 m、13.01~26.20 m和15.27~28.72 m;满足小型机械收割要求(地下水埋深大于60 cm)的暗管布置间距则可更大,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为10.36~19.59 m、18.17~30.90 m和22.88~33.02 m。多年平均机械收割天数对侧向饱和导水率、不透水层深度、土壤蒸发蒸腾量、潜水上升通量和土壤可排空体积5类参数最为敏感。研究成果可为类似水稻种植区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论依据。

运用DrainMod模拟淮涟灌区不同排水系统的作物产量

农田排水措施对促进作物生长、防御涝渍灾害有一定的积极作用。合理的排水系统布置是保证农作物正常生长的关键。本文采用以水平衡为原理的DrainMod模型模拟淮涟灌区不同排水系统布置的水稻和小麦产量,结果显示水稻产量受排水深度的影响较明显,小麦产量受排水间距布置影响较明显,干旱是影响水稻产量的主要因素,涝渍胁迫是影响小麦产量的主要因素。

运用DrainMod模拟渠南灌区降雨量和不同排水系统的作物产量

合理的排水系统对提高作物产量、预防涝渍灾害有一定的作用。运用DrainMod模型模拟渠南灌区作物产量受降雨量和排水沟布置的影响。根据分析结果可以初步推断,水稻产量对干旱因子和排水沟布置影响较敏感,小麦产量对涝渍因子和排水沟间距影响较敏感。

稻麦轮作高标准农田控制排水对排水与氮素输出削减效果模拟

稻麦轮作区高标准农田建设中,通过加深排水沟提高麦作期农田排水降渍能力的同时,加大稻作期农田排水输出,不仅降低了水资源利用效率,而且加重了接纳水体的污染。本文基于江苏省扬州市沿运灌区稻麦轮作农田排水水文水质过程的监测结果,利用田间水文模型(DRAINMOD)模拟了长序列气象条件下,灌区提高农田降渍能力对稻田排水、氮素流失及灌溉需求的负面影响以及控制排水措施的积极效果。结果表明,在节水灌溉模式下,研究区排水沟深度由现状的60 cm加深至120 cm,排水间距由120 m加密至20 m时,稻作期排水量与总氮(TN)输出负荷增加9.0%~22.2%、氨氮(NH_(3)-N)输出负荷增加4.0%~16.8%、灌溉用水量增加9.6%~23.4%。若结合田间管理要求,实施控制排水则可有效缓解提高农田降渍能力造成的负面影响;当排水沟深为120 cm,间距为120~20 m时,稻作期控制排水可使排水量和TN输出负荷减少19.3%~35.3%、NH_(3)-N输出负荷减少7.6%~27.2%、灌溉用水量减少22.9%~40.0%。由于控制排水降低了地下排水梯度,相较于传统排水,农沟从60 cm加深至120 cm时,地下排水平均占比降至50.7%,灌溉用水量相应减少。综上,稻麦轮作农田控制排水具有显著的节水减排作用,可有效降低高标准农田建设中提高降渍能力所产生的负面影响。研究成果可为稻麦轮作区高标准农田建设与水环境保护提供理论依据与技术支撑。

干旱与半干旱地区湿地水文及临界条件的模拟研究

本文采用美国农业部湿地研究所推荐的湿地评价水文模型DRAINMOD,利用西安地区的降雨和土壤资料,探讨了干旱与半干旱地区不同来水量对湿地地下水位变化的影响。同时根据美国目前采用的水文识别准则,分析了该区形成临界湿地水文条件所需的临界水量。结果表明,相同的水量在不同的月份会导致不同的湿润程度;同时,形成临界水文条件所需的水量也不同。研究结果表明了不同水量以及不同时间的供水对湿地湿润水平的影响不同。

城市化土地利用对降雨径流的影响与调控

运用水文模型DRAINMOD模拟了1988-2007年西安市城市土地利用变化对降雨径流产生的影响,通过DRAINMOD模型探讨了降低城市地表径流、增加雨水入渗的调控措施。结果表明:西安地区透水地面的年径流系数为0～0.414,不透水地面的年径流系数在0.677～0.844之间变化;土地利用类型、土壤入渗能力以及降雨强度是影响城区降雨-径流关系的重要因素;当透水与不透水地面比例接近1∶1时,城区综合径流系数达到0.8以上。分析结果显示,通过增加透水地面下凹深度的建设形式来蓄渗雨水可有效增加雨水入渗量,削减地表径流水量,但此类滞留系统对24h最大暴雨的作用有限。

农田控制排水与补充灌溉对作物产量和排水量影响的模拟分析

农田控制排水是减少硝态氮流失最直接有效的方法之一。本文利用典型涝渍区-淮北平原砂姜黑土地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型进行了长序列模拟分析,结果显示在当地气象条件下,干旱是影响冬小麦产量的主要因素,而涝渍则是影响棉花产量的主要因素。补充灌溉条件下,采用传统排水与控制排水两种措施的模拟结果显示,灌溉可使冬小麦产量得到大幅提高,但对棉花产量的影响不大。采取控制排水措施后,地下排水量大大减少,排水总量也显著降低,从而有利于区域水质的保护。

西安市污水土地处理系统水力负荷的模拟分析

本研究以西安地区长期的气象资料和土壤资料为基础,利用美国农业部自然资源保护局所推荐的田间水管理模型 DRAINMOD,对不同灌溉制度和田间排水条件下,污水处理系统的水力负荷进行了模拟;并对模型输入参数的敏感性进行了分析。结果表明,地面排水情况对系统的处理能力影响不大,采取少灌、勤灌的灌溉制度,能够增加系统的污水处理量。与目前污灌情况相比较,西安地区所推荐的污水灌溉量大致与在不考虑田间排水情况下,模型计算的年处理量持平。

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。

平原河网地区稻田排水过程及其受外河影响的研究

为了探寻符合平原河网地区特点的排水系统最佳布置及管理方案,根据江苏常熟稻田排水观测试验,结合田间水文模型-DRAINMOD模型,分析了河网地区独特的水量平衡关系,确定了稻田排水量以及农田与外河的交换水量,并根据研究区的排水要求计算了可以削减的排水量。结果表明,在现有灌排制度下,生长期内稻田实际排水量约816mm,远高于当地所推荐的适宜排水量,可削减排水量约216mm,占目前灌水量的21.4%;按照当地所推荐的适宜排水量,利用DRAINMOD模型,当暗管埋深为90cm时,排水间距以25m为宜。研究区农田与外河的水位差较小,当外河距离农田大于30m时,实际水量交换很小;外河对农田的影响主要表现为对农田排水系统功能的抑制作用。

不同棉田暗管布置方式对氮素流失影响的模拟分析

为了研究不同棉田暗管布置方式对暗管排水中硝态氮流失量的影响,结合2007—2009年在湖北荆州丫角排灌试验站的控制排水试验,采用DRAINMOD田间水文模型进行数值模拟。结果表明,暗管出口高程和暗管间距对暗管排水中的硝态氮流失量均有极显著的影响,是进行农田控制排水设计的关键因素。具体而言,暗管排水中硝态氮的流失量随着暗管出口高程的减小而减小,随着暗管间距的增大而减小。因此,在进行农田控制排水设计时,应根据当地的环境要求以及作物的具体生长要求,调整暗管的出口高程和暗管间距,做到作物高产和环境保护的统一。