大沽河流域土壤水资源评价及农业节水灌溉模式研究

摘要

青岛市是我国北方及沿海严重缺水城市之一，水资源供需矛盾十分突出。另一方面农业用水浪费现象严重，灌溉水利用效率不高，节水的潜力很大。本研究以大沽河流域为重点，通过大量的野外采样分析和田间试验，构建了预测土壤水力学参数的土壤转换函数模型(PTFs)；基于GIS和Hydrus-1D计算流域尺度土壤水资源评价的4个指标；通过建立不同降水水平年不同灌溉模式条件下冬小麦、夏玉米连作农田土壤水分运动的数学模型，分析农田水分转化及作物需水规律，提出了相应水文年的节水灌溉方案。 首先借助传统统计学和地统计学方法分析大沽河流域土壤理化性质的统计特征和空间变异性，然后根据大量的土壤理化性质和土壤持水数据，利用点估计、线性回归、非线性回归、人工神经网络等4种方法构建了预测土壤水力学参数的土壤转换函数模型(PTFs)。研究结果表明，点估计方法对砂质壤土和壤土、人工神经网络方法对粘壤土的预测效果分别最好。 提出流域尺度土壤水资源评价的4个指标：土壤水实际储存量、最大储存量、无效库容和土壤水资源量。通过对土壤水分的野外长期定位观测，基于GIS计算大沽河流域土壤水实际储存量为11.35亿立方米，最大储存量14.30亿立方米，无效库容7.45亿立方米，利用Hydrus-1D模型评价2008~2009年度流域土壤水资源量为24.33亿立方米。 最后，对不同降水水平年不同灌溉模式条件下的冬小麦、夏玉米连作农田土壤水分运动进行了数值模拟。与常规灌溉模式相比，节水灌溉模式显著降低了农田渗漏量，保证作物正常需水的同时提高了灌水利用率。模拟的节水灌溉模式在丰水年可节水240mm，平水年140mm，枯水年90mm，这对于缓解青岛市水资源紧张状况有着积极的现实意义。

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第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1土壤水力学参数估计研究现状

1.2.2土壤水资源研究现状

1.3研究内容

第二章土壤理化性质的统计特征与空间变异性

2.1试验区概况

2.1.1地理位置

2.1.2气候

2.2土壤理化性质的测定

2.2.1田间试验方法

2.2.2室内分析

2.3土壤理化性质统计特征

2.4土壤理化性质空间变异特征

2.4.1地统计学空间变异理论

2.4.2实例分析

第三章土壤转换函数的研究

3.1土壤转换函数的建立

3.1.1点估计模型

3.1.2参数估计模型

3.2模型验证

第四章土壤水资源评价指标及计算方法

4.1土壤水的相关概念

4.2土壤水资源特性及评价指标

4.2.1土壤水实际储存量

4.2.2土壤水最大储存量

4.2.3土壤水无效库容

4.2.4土壤水资源量

4.3基于GIS土壤水储存量的计算

4.4基于Hydrus-1D土壤水资源量的计算

4.4.1 Hydrus-1D软件简介

4.4.2作物生长条件下土壤水分运动模型

4.4.3模型离散化

4.4.4实例分析

第五章农田土壤水分转化规律及灌溉模式分析

5.1当前灌溉制度下农田土壤水分运动的数值模拟

5.1.1模型验证

5.1.2结果分析

5.2不同降水水平年的节水灌溉模式研究

5.2.1不同降水水平年的划分

5.2.2节水灌溉模式的土壤水分调节标准

5.2.3节水灌溉条件下农田土壤水分运动的数值模拟

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2不足与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢