【摘 要】
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随着全球水资源短缺,再生水灌溉成为解决农业用水不足的重要途径。再生水灌溉具有节约水资源、保证率高、作物增产等几大优点,但其中含有的大量悬浮物、有机质、盐分等物质在灌溉后进入土壤环境,改变土壤的理化性质与水力特性,长期灌溉后土壤导水率下降,甚至出现斥水性。本研究采用一维垂直定水头积水入渗,以五种不同水质的再生水与清水灌溉亲水与斥水土壤,获取累积入渗量、入渗率、湿润锋实测数据。分别使用HYDRUS-1
【基金项目】
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国家自然科学基金（51979234）—再生水灌溉对土壤微观孔隙结构—水力特性的影响机理与模型研究； 国家自然科学基金（51409221）—再生水水质对斥水土壤入渗特性的影响机制；
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随着全球水资源短缺,再生水灌溉成为解决农业用水不足的重要途径。再生水灌溉具有节约水资源、保证率高、作物增产等几大优点,但其中含有的大量悬浮物、有机质、盐分等物质在灌溉后进入土壤环境,改变土壤的理化性质与水力特性,长期灌溉后土壤导水率下降,甚至出现斥水性。本研究采用一维垂直定水头积水入渗,以五种不同水质的再生水与清水灌溉亲水与斥水土壤,获取累积入渗量、入渗率、湿润锋实测数据。分别使用HYDRUS-1D软件、修正Green-Ampt模型、CTM算法模拟土壤的水分运移过程,探究各模型对于再生水灌溉下土壤入渗过程模拟的适用性,经验证后比较各模型精度,选取再生水灌溉下最优入渗模型,为再生水灌溉提供理论支持从而缓解农业用水压力。本研究主要结论如下:（1）HYDRUS—1D软件可用来模拟再生水灌溉下亲水与斥水土壤的水分运动。采用实测累积入渗量与湿润锋数据对模拟值进行验证,结果显示一致性良好。模拟值与实测值经相关分析后,亲水土壤累积入渗量MAE介于0.3～1.9 cm且R~2在0.75～0.99之间,斥水土壤累积入渗量MAE介于0.4～1.3 cm且R~2在0.75～0.97之间;亲水与斥水土壤湿润锋R~2均大于0.95,MAE均小于2 cm。将累积入渗量模拟值与灌溉水质进行相关分析,显示清水灌溉下HYDRUS—1D的模拟效果均优于再生水灌溉,由于再生水中大量溶质的影响导致溶质越少,水质越好,则HYDRUS—1D的模拟精度越高。（2）修正Green-Ampt模型适用于模拟再生水灌溉下亲水与斥水土壤水分运移。采用实测入渗率与湿润锋进行验证,结果显示模拟值与实测值一致性较高。实测值与模拟值进行相关分析后,亲水土壤入渗率RMSE均小于0.09 cm min-1且MAE均小于0.05 cm min-1,斥水土壤入渗率除氧化池处理外RMSE均小于0.08 cm min-1且MAE均小于0.05 cm min-1;亲水土壤湿润锋RMSE均小于2.50 cm且MAE均小于等于2.05 cm,斥水土壤湿润锋除氧化池处理外RMSE均小于1.00 cm且MAE均小于0.90 cm。将确定的模型参数Ks与Sf同灌溉水质进行相关分析,显示随着水质变差亲水与斥水土壤饱和导水率Ks增大,悬浮物的增加对饱和导水率的影响程度弱于有机质含量、矿化度与EC对饱和导水率的影响;基质吸力Sf受土壤进气吸力与形状系数共同影响。（3）特征时间概念（CTM）对模拟再生水灌溉下亲水与斥水土壤的水分运移具有适用性。采用实测累积入渗量与入渗率对模拟值进行验证,结果显示模拟效果较好。实测值与模拟值进行相关分析后,亲水土壤累积入渗量CRM绝对值均小于0.30且MAE均小于1.90 cm,斥水土壤累积入渗量CRM绝对值小于0.20且MAE均小于0.90 cm;亲水土壤入渗率CRM绝对值均小于0.45且MAE均小于等于0.07 cm min-1,斥水土壤入渗率CRM绝对值小于0.50且MAE均小于等于0.07 cm min-1。灌溉水质与参数吸渗率S进行相关分析后显示,当灌溉水质相同时,斥水土壤的吸渗率S小于亲水土壤;且由于有机质影响,清水灌溉下亲水与斥水土壤的吸渗率S基本都小于再生水灌溉。（4）采用累积入渗量作为评价指标,对比分析HYDRUS-1D软件、修正Green-Ampt模型、CTM算法的模拟效果。总体来看对于亲水与斥水土壤,修正Green-Ampt模型的模拟精度更高,模拟再生水灌溉下水分运移的效果更好。该研究选取了再生水灌溉下最优入渗模型,有利于指导缺水地区的再生水灌溉生产。
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