隔盐层对滨海盐渍土水盐运移影响及数值模拟研究

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我国黄河三角洲地区的滨海盐碱土是扩大城镇面积与生态环境建设的重要后备土地资源。目前,滨海地区土地资源的利用受到的下水埋深浅、矿化度高和土壤盐渍化严重的限制。本研究选用泥炭、生物炭作为土壤改良剂添加于土壤中形成隔盐层。采用室内土柱入渗试验,并在隔盐层上、下两侧分别布设土壤水盐传感器,监测该位置的土壤水分和土壤盐分的变化情况,同时记录试验土柱中湿润锋运移的情况。而后,利用Hydrus-1D模型对一维水分入渗过程进行数值模拟。以入渗过程中实测的土壤含水量和土壤含盐量进行数值反演并优化得到各处理的土壤水力学参数,同时对模型的拟合能力进行评价。最后利用优化的Hydrus-1D模型探究不同隔盐材料(泥炭、生物炭)及不同泥炭厚度(0 cm、3 cm、6 cm)对于土壤水分入渗过程及土壤水盐分布格局的影响,并对其运移机理进行简要的分析。主要研究结果如下:(1)通过室内土柱一维入渗试验,探究不同隔盐材料及厚度处理对湿润锋运移、累积入渗量的变化以及土壤盐分分布情况。研究表明,设置泥炭和生物炭隔盐层均具有减渗降盐的作用。其中泥炭隔盐层的作用效果最为明显,且作用效果与泥炭厚度成正比,而生物炭隔盐层效果不佳。(2)对Hydrus-1D模型进行校准验证。用部分室内试验测得的实际含水量、土壤含盐量、饱和含水量(θr)以及饱和导水率(Ks)进行反演,求得残余含水量(θr)、土壤形状系数(n)及吸力值相关系数(α)等土壤水力学参数。将反演得到的模拟值与实测值进行对比,在验证阶段得到很好的结果。表明Hydrus-1D软件具有较高的精度,能对室内一维水分入渗试验进行预测模拟。因此Hydrus-1D模型可以准确的描述和分析设置有隔盐层的土壤在入渗阶段的水分动态变化以及水盐分布情况。(3)利用Hydrus-1D进行反演参数的过程中,参数α(土壤吸力值系数)和参数n(土壤形状系数)变化最明显,埋置隔盐层均对参数α和参数n的敏感度产生一定程度的影响。其中泥炭隔盐层对参数敏感度的影响大于生物炭隔盐层,且随泥炭厚度的增加参数α的敏感度降低,参数n的敏感度增高。(4)利用Hydrus-1D模型探究隔盐层对土壤水盐运移的影响。结果表明与均质土相比,在土壤中设置泥炭和生物炭隔盐层均改变了土壤水分和盐分的空间分布格局。水分在隔盐层上方发生累积现象,从而增加水分在入渗过程中在上侧土层的停留时间,使得土壤中的盐分有充足的时间进行溶解,从而提高了洗盐效率。泥炭隔盐层的洗盐效果优于生物炭,且泥炭隔盐层越厚效果越明显。综合考虑,Hydrus-1D模型可以较为准确的模拟隔盐层存在的条件下土壤水盐运移。设置6 cm厚度的泥炭隔盐层是比较理想的滨海盐渍土改良方式。在水分入渗过程中,可以提高隔盐层上侧土壤含水量,并降低土壤盐分含量,可为滨海盐渍土的改良提供理论依据。
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