田间土壤水分模拟模型研究
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摘要
在额尔齐斯河流域薄层砂性土壤的农田内，2002～2003年进行田间试验，观测灌溉水量、逐日土壤含水量和地下水位埋深，分析现状灌溉条件下田间土壤水和地下水位埋深的变化过程，研究在地下水位浅埋条件下薄层砂性土壤水分的变化规律。以物理概念为基础，尝试将水文模型应用在田间尺度上，对田间水分下渗、蒸散发过程进行概化，建立田间土壤水分模拟模型，模拟灌溉水在田间的分配。利用田间试验区2003年的灌溉水量、常规气象资料和前期土壤含水量，以日为时段对土壤水分变化过程进行模拟研究。由土壤含水量实测值与模拟值对比结果显示，二者随灌溉过程变化的趋势基本一致，说明田间土壤水分模拟模型在田间应用效果较好。通过模拟土壤水分的日变化过程，从而可以验证和改善作物灌溉制度，根据作物生长阶段的根区土壤层厚度、时段内的作物需水量和土壤水分状况预报灌水时间和需灌水量，在指导农田灌溉中具有简单实用的价值。
Experiments were conducted to study the change of soil moisture in a field whose soil is thin and sandy , Erqisi River basin. From 2002 to 2003，based on the observed data of irrigation, soil moisture and depth of underground water level, we analysed the change of soil moisture and groundwater level which were caused by irrigation in growing period of crop, in order to study the change law of soil moisture. Based on physical concept and hydrology model，the simulation model of soil moisture was constructed. The model is an use of the hydrology model and simulate the change of soil moisture, simulating infiltration and evaportranspiration in a field scale. We simulated the everyday change of soil moisture, inputing irrigation, meterological data and prophase soil moisture in 2003. Contrasted the spot observation data of soil moisture with simulation result, showed that they had a similar tendency by irrigation, and the simulation model of soil moisture had a good effect. By simulating the change of soil moisture, we could verify and improve the crop irrigation schedule. According crop water requirement, the depth of irrigation plan and the condition of soil moisture, we could forecast irrigation water demand and irrigation time .
Experiments were conducted to study the change of soil moisture in a field whose soil is thin and sandy , Erqisi River basin. From 2002 to 2003，based on the observed data of irrigation, soil moisture and depth of underground water level, we analysed the change of soil moisture and groundwater level which were caused by irrigation in growing period of crop, in order to study the change law of soil moisture. Based on physical concept and hydrology model，the simulation model of soil moisture was constructed. The model is an use of the hydrology model and simulate the change of soil moisture, simulating infiltration and evaportranspiration in a field scale. We simulated the everyday change of soil moisture, inputing irrigation, meterological data and prophase soil moisture in 2003. Contrasted the spot observation data of soil moisture with simulation result, showed that they had a similar tendency by irrigation, and the simulation model of soil moisture had a good effect. By simulating the change of soil moisture, we could verify and improve the crop irrigation schedule. According crop water requirement, the depth of irrigation plan and the condition of soil moisture, we could forecast irrigation water demand and irrigation time .
引文
[1] 陈 鸣，潘之棣. 用卫星遥感热红外数据估算大面积蒸散量[J]. 水科学进展. 1994. 5(2):28～133.
[2] 康绍忠，刘晓明，熊运章. 土壤—植被—大气连续体水分传输理论及其应用[M]. 北京：水利电力出版社. 1994.
[3] 李保国，龚元石，左强等. 农田土壤水的动态模型及应用[M]. 北京: 科学出版社. 2000.
[4] 李宝庆. 试验小区的水量平衡研究[A]. 见: 唐登银. 谢贤群主编. 农田水分与能量试验研究[C] 北京:科学技术出版社. 1990
[5] 李卫东，李宝国，石元春. 农田空间变异特征与土壤水转化模型的研究[A]. 见石元春等主编. 节水农业应用基础研究进展[C]. 北京: 中国农业出版社. 1995
[6] 卢玉帮. 土壤水分预报模型的研究[J]. 土壤学报. 1989. 26(1):51～56
[7] 刘昌明，窦清晨. 土壤—植物—大气连续体模型中的蒸散发计算[J]. 水科学进展. 1992. 3(4)：255～263.
[8] 刘昌明，于沪宁等. 土壤—作物—大气系统水分运动实验研究[M]. 北京：气象出版社. 1997.
[9] 刘昌明，王会肖等. 土壤—植物—大气界面水分过程与节水调控[M]. 北京：科学出版社. 1999.
[10] 刘珏，蔡林根等. 参照腾发量的新定义及计算方法对比[J]. 水利学报.1997.(6):27～33.
[11] 雷志栋，杨诗秀，谢森传. 土壤水动力学[M]. 北京: 清华大学出版社. 1988.
[12] 陆家驹，张和平. 应用遥感技术连续监测地表土壤含水量[J] . 水科学进展. 1997. 8(3):281～286.
[13] 彭亮，姜卉芳等. 额尔齐斯河流域现行灌溉方式与作物需水量关系分析[J]. 新疆农业大学学报. 2004.1:39～44.
[14] 钱蕴壁，李英能，杨刚等. 节水农业新技术研究[M]. 河南: 黄河水利出版社. 2000.
[15] 芮孝芳. 产汇流理论[M]. 北京: 水利电力出版社. 1995.
[16] 芮孝芳.径流形成原理[M]. 河海大学出版社. 1991.
[17] 沈振荣. 水资源科学试验与研究大气水—地表水—土壤水—地下水相互转化关系[M]. 北京：中国科学技术出版社. 1992.
[18] 尚松浩，毛晓敏，宣小忠等.叶尔羌绿洲潜在腾发量的变化特性[J]. 灌溉排水. 1999.18(2):14～17.
[19] 水利部国际合作司，水利部农村水利司等编译.美国国家灌溉工程手册[M]. 北京:中国水利水电出版社. 1998. 73～74.
[20] 唐登银，谢贤群主编. 农田水分与能量试验研究[M]. 北京:科学技术出版社. 1990: 95～100
[21] 田国良，郑 柯等. 用NOAAAVHRR数字图像和地面气象站资料估算作物蒸散和土壤水[A]. 黄河流域典型地区遥感动态研究[C]. 北京：科学出版社. 1990. 161～176.
[22] 王树森. 北京地区农田土壤水分变化的气候特征[M]. 北京：中国农业气象. 1992. 13(1):4～17
[23] 汪志农，灌溉排水工程学[M]. 北京:中国农业出版社. 2000:25～26.
[24] 余海涛，田国良. 热惯量法在监测土壤表层水分变化中的研究[J]. 遥感学报. 1997. 1:4～31.
[25] 武明仁. 灌溉排水[M]. 农业出版社. 1994.
[26] 新疆农业大学编著. 新疆平原区大气降水、灌溉水、土壤水与地下水水量转化关系实验研究[M]. 新疆科技卫生出版社. 2002
[27] 杨建锋，刘士平等. 地下水浅埋条件下土壤水分动态变化规律研究[J]. 灌溉排水.2001.20(3):25～28
[28] 赵人俊. 流域水文模拟——新安江模型与陕北模型[M]. 水利电力出版社. 1984
[29] J.德伦博斯，W.O.普鲁伊特. 作物需水量[M]. 联合国粮食及农业组织灌溉及排水丛书 24. 罗马. 1977.
[30] J.杜林博斯，A.H. 卡萨姆. 产量与水的关系[M]. 联合国粮食及农业组织灌溉及排水丛书 33.罗马. 1979.
[31] Bolle H J. Scientific goals of the IGBP Core Project "Biospheric Aspects of the Hydrological Cycle", In: Exchange Processes at the Land～Surface for a Range of Space and Time Scales. Eds. H.J. BOlIe, R.A. Feddes and J.D. Kalma.IAHS Publication 1993.212: 3～11
[32] Dawes W R, Short D L. The efficient numerical solution of differential equations for coupled water and solute dynamics: the WAVES model. TECHNICAL MEMORANDUM 93/18 CSIRO. Division of Water Resources. 1993.
[33] Kiefer E. A conceptual-stochastic model of unsaturated flow in hererogenerous soils. J. Hydrology. 1993. 143: 1～18
[34] Kustas WP,JM Nonmain. Use of remote sensing for evaotranspiration monitoring over land surfaces. Hydrological Sciences Journal. 1996.41(4)
[35] Mohan S,N Arumugam. Forecasting weekly reference crop evapotranspiration series.Hydrological Sciences Journal. 1995.40(6)
[36] Pilip. JR. Plant water relations:some physical aspects. Annu. Rev.Plant physical. 1966. 17:245～268
[2] 康绍忠，刘晓明，熊运章. 土壤—植被—大气连续体水分传输理论及其应用[M]. 北京：水利电力出版社. 1994.
[3] 李保国，龚元石，左强等. 农田土壤水的动态模型及应用[M]. 北京: 科学出版社. 2000.
[4] 李宝庆. 试验小区的水量平衡研究[A]. 见: 唐登银. 谢贤群主编. 农田水分与能量试验研究[C] 北京:科学技术出版社. 1990
[5] 李卫东，李宝国，石元春. 农田空间变异特征与土壤水转化模型的研究[A]. 见石元春等主编. 节水农业应用基础研究进展[C]. 北京: 中国农业出版社. 1995
[6] 卢玉帮. 土壤水分预报模型的研究[J]. 土壤学报. 1989. 26(1):51～56
[7] 刘昌明，窦清晨. 土壤—植物—大气连续体模型中的蒸散发计算[J]. 水科学进展. 1992. 3(4)：255～263.
[8] 刘昌明，于沪宁等. 土壤—作物—大气系统水分运动实验研究[M]. 北京：气象出版社. 1997.
[9] 刘昌明，王会肖等. 土壤—植物—大气界面水分过程与节水调控[M]. 北京：科学出版社. 1999.
[10] 刘珏，蔡林根等. 参照腾发量的新定义及计算方法对比[J]. 水利学报.1997.(6):27～33.
[11] 雷志栋，杨诗秀，谢森传. 土壤水动力学[M]. 北京: 清华大学出版社. 1988.
[12] 陆家驹，张和平. 应用遥感技术连续监测地表土壤含水量[J] . 水科学进展. 1997. 8(3):281～286.
[13] 彭亮，姜卉芳等. 额尔齐斯河流域现行灌溉方式与作物需水量关系分析[J]. 新疆农业大学学报. 2004.1:39～44.
[14] 钱蕴壁，李英能，杨刚等. 节水农业新技术研究[M]. 河南: 黄河水利出版社. 2000.
[15] 芮孝芳. 产汇流理论[M]. 北京: 水利电力出版社. 1995.
[16] 芮孝芳.径流形成原理[M]. 河海大学出版社. 1991.
[17] 沈振荣. 水资源科学试验与研究大气水—地表水—土壤水—地下水相互转化关系[M]. 北京：中国科学技术出版社. 1992.
[18] 尚松浩，毛晓敏，宣小忠等.叶尔羌绿洲潜在腾发量的变化特性[J]. 灌溉排水. 1999.18(2):14～17.
[19] 水利部国际合作司，水利部农村水利司等编译.美国国家灌溉工程手册[M]. 北京:中国水利水电出版社. 1998. 73～74.
[20] 唐登银，谢贤群主编. 农田水分与能量试验研究[M]. 北京:科学技术出版社. 1990: 95～100
[21] 田国良，郑 柯等. 用NOAAAVHRR数字图像和地面气象站资料估算作物蒸散和土壤水[A]. 黄河流域典型地区遥感动态研究[C]. 北京：科学出版社. 1990. 161～176.
[22] 王树森. 北京地区农田土壤水分变化的气候特征[M]. 北京：中国农业气象. 1992. 13(1):4～17
[23] 汪志农，灌溉排水工程学[M]. 北京:中国农业出版社. 2000:25～26.
[24] 余海涛，田国良. 热惯量法在监测土壤表层水分变化中的研究[J]. 遥感学报. 1997. 1:4～31.
[25] 武明仁. 灌溉排水[M]. 农业出版社. 1994.
[26] 新疆农业大学编著. 新疆平原区大气降水、灌溉水、土壤水与地下水水量转化关系实验研究[M]. 新疆科技卫生出版社. 2002
[27] 杨建锋，刘士平等. 地下水浅埋条件下土壤水分动态变化规律研究[J]. 灌溉排水.2001.20(3):25～28
[28] 赵人俊. 流域水文模拟——新安江模型与陕北模型[M]. 水利电力出版社. 1984
[29] J.德伦博斯，W.O.普鲁伊特. 作物需水量[M]. 联合国粮食及农业组织灌溉及排水丛书 24. 罗马. 1977.
[30] J.杜林博斯，A.H. 卡萨姆. 产量与水的关系[M]. 联合国粮食及农业组织灌溉及排水丛书 33.罗马. 1979.
[31] Bolle H J. Scientific goals of the IGBP Core Project "Biospheric Aspects of the Hydrological Cycle", In: Exchange Processes at the Land～Surface for a Range of Space and Time Scales. Eds. H.J. BOlIe, R.A. Feddes and J.D. Kalma.IAHS Publication 1993.212: 3～11
[32] Dawes W R, Short D L. The efficient numerical solution of differential equations for coupled water and solute dynamics: the WAVES model. TECHNICAL MEMORANDUM 93/18 CSIRO. Division of Water Resources. 1993.
[33] Kiefer E. A conceptual-stochastic model of unsaturated flow in hererogenerous soils. J. Hydrology. 1993. 143: 1～18
[34] Kustas WP,JM Nonmain. Use of remote sensing for evaotranspiration monitoring over land surfaces. Hydrological Sciences Journal. 1996.41(4)
[35] Mohan S,N Arumugam. Forecasting weekly reference crop evapotranspiration series.Hydrological Sciences Journal. 1995.40(6)
[36] Pilip. JR. Plant water relations:some physical aspects. Annu. Rev.Plant physical. 1966. 17:245～268