Hydrus-1D

摘要： 为研究生物滞留设施水文调控效能,基于HYDRUS-1D建立生物滞留设施模型,通过物模试验数据率定模型参数,验证模型可靠性;利用验证后的模型开展模拟试验,采用径流总量和峰值削减率及产流和峰现延迟时间定量分析水力负荷参数、蓄水层高度和初始含水率对生物滞留设施水文调控效应的影响。结果表明:所建模型模拟值与实测值的均方根误差最高仅为0.134,相对误差为-2.28%~7.59%,纳什效率系数和决定系数均在0.8以上,模拟结果可靠;综合考虑水力负荷参数,汇流比小于10∶1的生物滞留设施对于重现期小于1a并且降雨时长小于120 min的降雨过程有较好的调控效果,随着汇流比、重现期和降雨时长的增加,设施水文调控效果不断削弱;增加蓄水层高度会提升生物滞留设施水文调控效果,当蓄水层高度由0 cm增加至25 cm时,径流总量和峰值削减率分别增加86.16%和96.74%,产流和峰现延迟时间分别为57.8 min和36.0 min;初始含水率的增大会降低设施水文调控效果,其径流总量和峰值削减率变化范围分别为49.32%~54.11%和22.84%~45.37%,产流和峰现延迟时间变化范围分别为24.1~25.0 min和1.0~2.5 min。

摘要： 为了探究平原河网区域氮素垂向迁移及流失情况,本研究基于平原河网区农业活动施用的氮素通过包气带发生纵向迁移的实际情况,利用HYDRUS-1D软件中的水分运动和溶质运移模块构建适用于平原河网区的水氮模型,结合野外监测和室内淋溶试验对模型参数率定和验证,利用校验过的模型对区域氮素垂向迁移及流失情况进行模拟。结果表明:尿素主要分布在0~5 cm土壤,并在表层土壤中大量水解;氨氮和硝态氮主要分布在0~15 cm和0~35 cm土壤,且随着土壤深度增加,浓度均呈现先增加后减少的趋势。土壤深度每增加10 cm,硝态氮浓度减小约10 mg·L^(-1)。相对而言,硝态氮更易流失进入深层土壤,氨氮流失则对灌溉量响应更为明显。当灌溉量高于400 mL时,氮素流失量呈指数增加趋势。在综合考虑自然降雨、外源污染输入和土壤背景值的条件下,平原河网区进入地下水的氮素将远超国家Ⅲ类水质标准。

摘要： 【目的】探讨水分胁迫和覆膜对温室滴灌番茄根系生长和根系吸水状况的影响。【方法】以20 cm标准蒸发皿的累计蒸发量(E_(p))为依据,结合地膜覆盖情况,设置3个处理:无膜高水处理(WM-0.9,水面蒸发系数为0.9)、有膜高水处理(FM-0.9)和有膜低水处理(FM-0.5,水面蒸发系数为0.5)。系统研究水分胁迫和覆膜双因素影响下的温室番茄根系分布特征,利用HYDRUS-1D软件模拟了根系吸水量,在此基础上,阐明了不同根系吸水量对番茄产量和水分利用效率的影响机理。【结果】WM-0.9、FM-0.9处理和FM-0.5处理在20 cm土层内的根长分别占总根长的58.6%、56.2%和78.9%。HYDRUS-1D模拟的各土层土壤含水率的均方根误差在0.010 cm^(3)/cm^(3)以内,回归系数在0.867~1.076左右,各处理蒸腾量与根系吸水量的均方根误差均在0.581 mm/d以内,回归系数在0.890以上,说明模拟值和实测值具有较好的一致性。FM-0.9处理的根系吸水量最多,达240.9 mm,比WM-0.9处理和FM-0.5处理分别高24.4%和26.7%,其中0~40 cm土层为番茄根系的主要吸水层,WM-0.9、FM-0.9处理和FM-0.5处理在该层的根系吸水量分别占总吸水量的84.2%、85.7%和83.2%,同时WM-0.9处理和FM-0.5处理在土层20~40 cm的根系吸水量迅速下降,FM-0.9处理则仍可保持较高的根系吸水量。FM-0.5处理的水分利用效率和灌溉水利用效率分别为59.0 kg/m^(3)和70.3 kg/m^(3),比WM-0.9处理高34.4%和55.5%,比FM-0.9处理高11.3%和30.4%;FM-0.9处理的产量最高,为147.7 t/hm^(2),较WM-0.9处理和FM-0.5处理高19.3%和23.6%。【结论】依据番茄根系对水分反应的差异,在0.9E_(p)的灌溉定额下,结合覆膜栽培技术,可提高深层土壤水分的吸收和利用。

摘要： 【目的】探明不同水氮耦合模式下氮素吸收利用与迁移转化规律。【方法】在2 a冬小麦和夏玉米大田水氮耦合试验的基础上,分别设置P模式:施肥5 kg下的不同灌水量(P1=10 m^(3)、P2=20 m^(3)、P3=40 m^(3)),N模式:灌水30 m^(3)下的不同施肥(N1=5 kg、N2=10 kg、N3=15 kg),以及各模式下的干(AM1)、中(AM2)和湿(AM3)土壤初始含水率状态,应用Hydrus-1D模拟分析其对氮素吸收利用与迁移转化过程的影响。【结果】(1)灌后1~4 d,土壤含水率剧烈增加,表层淋失通量大于转化通量,氮循环以淋失的外循环为主。灌水4 d后,上部含水率逐渐稳定,氮循环由外循环淋失为主变为以内循环转化为主。而深层(70~500 cm)因为转化速率小,含水率高,一直以氮淋失的外循环为主。(2)在P模式下,灌水量和初始含水率增加都会引起作物氮素吸收量的下降;浅层(100 cm)累积NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N淋失、矿化、硝化和反硝化通量均随灌水量增加逐渐增大,转化通量变化范围分别为1~2.5、1~4、0~0.6 mg/cm^(2);深层转化通量较小且稳定。(3)在N模式下,作物吸收通量随施肥量的增加而增大;100 cm以上土层的累积水分渗漏量变化小,但无机氮累积渗漏量随施肥量增加而显著增大,100 cm以下的累积水分和无机氮渗漏量变化小;矿化、硝化和反硝化通量在表层随施肥量增加而逐渐增大,变化范围分别为1~2.5、1.5~16、0.3~1.2 mg/cm^(2),而100 cm以下各通量变化小且稳定。【结论】适宜的水氮耦合模式可提高作物对氮素吸收利用,综合考虑氮素内外循环过程,在AM_(1-2)时525~900 m^(3)/hm^(2)灌水量和225 kg/hm^(2)施肥量为最佳水氮模式。

摘要： 中国东部矿区煤粮复合区面积大,因采煤沉陷积水,导致大面积的耕地破坏,采煤沉陷地复垦成为中国亟待解决的问题,黄河泥沙夹层式充填复垦技术对实现采煤沉陷地复垦具有积极意义。为优化黄河泥沙充填复垦夹层式土壤剖面设计,该研究采用Hydrus-1D模拟分析了在充填复垦土壤总厚度一定的情况下,不同夹层厚度、位置和数量对重构土壤入渗和蒸发特性的影响。研究结果表明,黄河泥沙充填层中夹土壤层后能够有效改善重构土壤的水分运动特性并提高保水性,较“上土下沙”构型(CK2)入渗过程的持水性可提高12.79%,累积蒸发量可降低10.09%,持水系数可提高21.51%。从正交分析结果看,夹层厚度对持水系数影响最大,而夹层位置对持水系数影响最小,夹层位置和夹层数量的组合具有较强的交互效应。在土壤总厚度为60 cm的情况下,夹层厚度为30 cm,夹层位置为20 cm,夹层数量为2层时夹层式重构土壤的持水性最佳。研究探明了黄河泥沙夹层式充填复垦的夹层位置、厚度和数量对土壤水分运动的影响,并为黄河泥沙夹层式土壤剖面优化设计提出了一种经济时效的方法,对指导黄河泥沙夹层式充填复垦技术在黄河流域采煤塌陷地的应用推广具有积极作用。

摘要： 为探究不同气候条件下土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响,利用HYDRUS-1D模型,以湿润、半干旱和干旱气候区的气象数据为驱动,结合生成的砂土和黏壤土土壤水力参数集,模拟生成土壤水时间序列集;而后,利用去趋势波动分析法对生成的土壤水数据进行长程相关性分析。结果表明:(1)土壤水标度指数(h)介于0.570~1.915,土壤水中存在显著的长程相关性。砂土中土壤水变化主要表现为持续性,黏壤土中持续性和反持续性均较为显著。(2)土壤水长程相关性与土层深度、黏粒含量、干旱指数存在正相关关系。(3)影响土壤水长程相关性的主要土壤水力参数包括土壤孔隙分布参数(n)、进气值倒数(α)和饱和导水率(K_(s))。在砂土中,n是所有气候区中土壤水长程相关性的主要控制参数;在黏壤土中,α是湿润区、α和K_(s)是干旱和半干旱区土壤水长程相关性的主要控制参数。研究结果为揭示土壤水长期演变机理提供依据。

摘要： 以某医药原料遗留污染地块的氯化钠沉淀池泄漏为例,利用Hydrus-1D软件建立了非饱和水分和溶质运移模型,模拟砷在非饱和带的运移范围及迁移趋势。结果表明:砷在35 d后运移至潜水面,1241 d达到稳定。当前非饱和带对砷的截污能力较差,且截污能力不随着污染源强的变化而变化,但非饱和带土层性质会显著影响截污能力。

摘要： 为探究LID措施在不同工况下的雨水径流控制效应,选取生物滞留池、下凹式绿地及透水铺装为研究对象,构建Hydrus-1D模型来模拟分析其雨水径流控制效应。结果表明:生物滞留池的径流量削减率与汇水面积比和蓄水层厚度为正线性相关关系,与种植土厚度(20~40 cm)为负线性相关关系;下凹式绿地的径流量削减率与汇水面积比、雨水口高度和种植土厚度为正线性相关关系;透水铺装的径流量削减率与降雨历时和透水砖渗透系数为正相关关系,与雨峰系数为负相关关系。建议生物滞留池的蓄水层厚度取值为30 cm、种植土厚度取值为30 cm;建议下凹式绿地的汇水面积比不小于15%、雨水口高度取值为10 cm、种植土厚度取值为30 cm;当透水砖渗透系数大于0.291 cm/min时,透水铺装产生的雨水径流较少。

摘要： 采用矩形脉冲模型随机模拟降雨过程,驱动HYDRUS模型分析土壤水分分布状况,应用析因设计方差分析方法量化降雨总量、降雨次数、极端降雨以及其时程分配特征对土壤含水率的影响。研究聚焦我国滨海平原盐碱地,以黄骅市为典型对象,定量分析3日逐小时降雨过程对不同深度土层(0~150 cm)土壤含水率的影响。结果表明:相较降雨过程的随机性而言,降雨对土壤含水率的影响因素降雨总量(A)>降雨次数(B)>极端降雨(C),且降雨总量与次数间二阶交互作用对土壤含水率影响显著(P<0.05);降雨总量一定时,当降雨次数较低(10次),其平均降雨强度较大,相较于降雨次数较高(15、20次),活跃层土壤含水率增高2.74%~6.23%,而相对稳定层土壤含水率降低5.66%~15.63%;随机降雨与均匀降雨对浅层土壤含水率影响的差异较小,但随着土层深度的增大,两种降雨方式下土壤含水率的差异不断增大,当降雨总量为250 mm时,均匀降雨条件下的稳定层土壤含水率相较于随机降雨最大增幅达39.52%,且相比于均匀降雨过程,随机降雨在降雨总量较小(160 mm与200 mm)时可入渗至稳定层;相较降雨总量对土壤含水率的影响,HYDRUS模型参数土壤饱和含水率(θs)的不确定性对土壤含水率影响更大。

摘要： 随着社会对环境问题的日益重视,诸多年代久远不适应现代生产生活需要的化工厂被拆除,而这些工厂被拆除后还是会在厂区地块中残留诸多污染物。这些污染物在包气带中不断入渗迁移最终透过潜水层到达地下水,对整个饱和-非饱和带造成严重污染。本文以捷马化工厂退役场地为研究基础,通过采样对比确定典型污染物并结合Hydrus-1D软件对七种残留的典型污染物进行预测模拟,得出典型污染物约在700d后在土壤中呈整体下降趋势,约2,100d后典型污染物完全透过潜水层到达地下水,且其随着土壤深度增加呈整体性的先增大后减小。有效预测了典型污染物在土壤中的残留时间以及在土壤中的剖面分布趋势。为环评分析预测工作提供了一种高效便捷的方法。

摘要： 本发明公开了一种基于HYDRUS‑1D的参数预测方法：利用HYDRUS‑1D模拟已知浓度污染物的迁移穿透曲线，调整参数至最优拟合度；采用曲线估计对调整后的各参数与污染物浓度建立线性与非线性回归方程，选出与浓度变量拟合最优的参数作为控制参数；将其余参数与控制参数结合成新的变量参数，在新的变量参数与浓度之间建立线性或非线性回归方程；利用回归方程对其他待模拟浓度的污染物迁移进行输入参数预测。本发明能够对模拟污染物的输入参数进行有效预测，使得模拟和参数优化更加高效和精确。

摘要： 本发明公开了一种基于HYDRUS‑1D的参数预测方法：利用HYDRUS‑1D模拟已知浓度污染物的迁移穿透曲线，调整参数至最优拟合度；采用曲线估计对调整后的各参数与污染物浓度建立线性与非线性回归方程，选出与浓度变量拟合最优的参数作为控制参数；将其余参数与控制参数结合成新的变量参数，在新的变量参数与浓度之间建立线性或非线性回归方程；利用回归方程对其他待模拟浓度的污染物迁移进行输入参数预测。本发明能够对模拟污染物的输入参数进行有效预测，使得模拟和参数优化更加高效和精确。