应用连续混合器模型模拟非饱和土壤盐分淋洗过程

尽管连续混合器模型已经广泛应用于土壤中溶质迁移转化规律计算,但却仅限于饱和土壤条件。通过采用Kostiakov公式描述非稳定入渗过程,并结合活塞假设计算入渗过程中土壤水分的运动和分布规律,将连续混合器模型扩展应用于非饱和土壤的盐分淋洗过程计算,并求出了模型的解析解。分析发现,在一定的土壤质地、初始含水率剖面和初始含盐量剖面下,模型的计算结果会受到土层划分厚度的影响,而合理的土层厚度又与饱和导水率和溶质弥散系数之间存在量纲一的函数关系。当土层厚度选取合理时,连续混合器模型与HYDRUS-1D的计算结果十分接近,采用该模型模拟试验土壤盐分淋洗过程,显示了较好的计算精度。     

石津灌区冬小麦水分生产率的尺度效应

以河北省石津灌区为研究对象,以2007-2009年两季冬小麦生育期为研究时段,基于Hydrus-1D和Modflow模型模拟分析了井渠结合灌溉模式下冬小麦的净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率的尺度效应(作物、田间、分干、干渠和灌区尺度)。结果表明:①从作物尺度到灌区尺度,损失水量越来越多,使得净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率分别减少了9.49%和16.59%;②由于研究区地下水埋深较大,冬小麦生育期内渗漏补给地下水库的重复利用水量很小,而净灌溉水分生产率因为考虑了这一小部分重复利用水量,比传统的灌溉水分生产率有了小幅提升;③在多年时间尺度上,由于渗漏水量能够全部进入地下水库被重复利用,净入流量水分生产率随尺度增大而增大,而不同空间尺度的净灌溉水分生产率也比冬小麦生育期时间尺度上提高37%~65%。     

溶质势对地表蒸发速率的影响

针对盐碱化土壤地表蒸发速率研究的不足,以表层土壤为研究对象,采用土壤蒸发试验和数学模型相结合的方法分析了溶质势对地表蒸发速率的影响。结果表明:当土壤中盐分没有沉淀结晶时,溶质势是盐分引起地表蒸发速率降低的主要原因;溶质势越低,蒸发速率下降比例越大,该下降比例与溶质势有近似线性关系,但同时还受到空气温度与相对湿度、土壤温度以及土壤基质势等因素的影响;当表层土壤存在水盐补给时,地表蒸发速率总是变化趋向于水分补给速率,但含盐土壤蒸发速率变化较慢,而且若补给水分中含盐,那么其稳定蒸发速率会低于水分补给速率。     

灌溉用水效率尺度效应研究评述

在阐述灌溉用水效率尺度效应内涵及其产生原因的基础上,对研究现状进行了评述,并提出了今后的研究方向。灌溉用水效率尺度效应主要由灌区土壤、作物、气候、灌溉工程、灌溉水量等多种因素的空间变异性和回归水利用导致;现有灌溉用水效率指标应该拓宽供水效益内涵,同时在经济条件约束下来考虑回归水的再利用;现有各类指标随尺度变化规律并不固定,主要原因是尺度效应并非由单一因素决定;现有尺度效应转换研究都是单独针对空间变异或回归水重复利用而进行,缺少对两者的综合,更缺乏成熟的尺度转换公式。今后需要在完善评价指标体系的基础上,重点对尺度转换理论进行攻关,同时还应兼顾水循环伴生过程的尺度效应研究。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验:A组无地下水补给,土柱高度60 cm;B组地下水维持在距土柱表层60 cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深(0.5 m,1.0 m,1.5 m,2.0 m,2.5 m)情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

冻融期东北农田土壤温度和水分变化规律及影响因素分析

为了更好地认识季节性冻融区冻融过程对农田土壤温度和水分的影响, 以吉林省长春市黑顶子河流域为研究对象, 监测了冻融期流域内玉米田和水稻田土壤温度和水分的变化过程。结果表明： 冻融期表层土壤温度主要受积雪厚度影响, 深层土壤温度主要受土壤初始含水率影响。冻结期, 冻结层含水率几乎都呈增加趋势, 其中浅层土壤增幅最大; 冻结速度慢、 初始含水量低、 相邻土层含水量高的土层冻结过程水分增加量更大, 反之则小。融化期, 各下垫面、 土层土壤含水率基本呈下降趋势, 且主要集中在表层0 ~ 30 cm, 水分损失以蒸发为主, 冻结层对土壤蒸发有抑制作用; 冻结层的融化是造成各下垫面不同土层土壤含水率差异, 以及各土层在不同融化阶段土壤含水率差异的主要原因。     

基于三维copula函数的多水文区丰枯遭遇分析

不同水文区的丰枯遭遇概率分析属于多变量概率分布问题,涉及的水文区越多,变量的维数就越高,问题就越复杂.为找到一种简单通用的多变量(n≥3)水文概率问题的求解方法,以不同水文区丰枯遭遇概率分析为例,引入三维copula函数构建多变量联合概率模型,将其用于分析长江、淮河及黄河流域的径流量的联合概率和条件概率问题。研究结果表明,当变量维数n≥3时,由copula函数可以很容易地构建多变量概率分布模型;对一组水文数据系列,有多个不同copula函数可以选择,可采用拟合优度检验方法择优;copula函数构建的多变量概率模型,可以计算各种条件下的联合概率分布,可以分析各种不同量级水文变量的遭遇概率和条件概率;通过与多维转换为一维方法的比较,三维Frank copula函数具有更优良的拟合优度、无偏性及有效性,且计算更简便。     

基于三维copula函数的不同水文区丰枯遭遇分析

不同水文区的丰枯遭遇概率分析属于多变量概率分布问题,涉及的水文区越多,变量的维数就越高,问题就越复杂。为找到一种简单通用的多变量（ ）水文概率问题的求解方法,以不同水文区丰枯遭遇概率分析为例,引入三维copula函数构建多变量联合概率模型,将其用于分析长江、淮河、及黄河流域的径流量的联合概率和条件概率问题。研究结果表明,当变量维数 时,由copula函数可以很容易地构建多变量概率分布模型;对一组水文数据系列,有多个不同copula函数可以选择,可采用拟合优度检验方法择优;copula函数构建的多变量概率模型,可以计算各种条件下的联合概率分布,可以分析各种不同量级水文变量的遭遇概率和条件概率;通过与多维转换为一维方法的比较,三维Frank copula函数具有更优良的拟合优度、无偏性、及有效性,且计算更简便。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验: A组无地下水补给,土柱高度60cm;B组地下水维持在距土柱表层60cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深（0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m）情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

两变量水文频率分布模型研究述评

水文变量多特征属性的频率分析,以及各种水文事件的遭遇及联合概率分布问题需要采用多变量概率分布模型解决。总结了当前应用最广泛的几种两变量概率分布模型,对各种模型的适用性和局限性做了详细分析,并介绍了一种新的两变量概率模型——Copula函数。现有模型大都基于变量之间的线性相关关系而建立,对于非线性、非对称的随机变量难以很好地描述;大部分模型假定各变量服从相同的边际分布或对变量间的相关性有严格的限定,从而限制了其应用。Copula函数所构造的两变量概率分布模型克服了现有模型的不足,它具有任意的边际分布,可以描述变量间非线性、非对称的相关关系。作为一种用于构造灵活的多变量联合分布的工具,Copula函数在水科学领域具有广阔的应用前景。