農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)與灌溉需水量隨機(jī)模擬.pdf

1、土壤水分和灌溉需水量是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程和農(nóng)業(yè)水資源管理的核心與基礎(chǔ)，準(zhǔn)確認(rèn)知土壤水分動(dòng)態(tài)過(guò)程和灌溉需水量變化規(guī)律并建立估算模型具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。土壤水分和灌溉需水量是大氣、土壤、作物、地下水、灌溉等因子長(zhǎng)期綜合作用的結(jié)果，其動(dòng)態(tài)過(guò)程具有強(qiáng)烈的非線性和不確定性，因此，有必要采用概率統(tǒng)計(jì)的思想進(jìn)行研究。本文以華北南部山前平原夏玉米為研究對(duì)象，以土壤水分動(dòng)態(tài)過(guò)程為核心，采用水量平衡原理、概率統(tǒng)計(jì)和微積分理論對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

2、的水分通量、灌溉需水量的變化特征及規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和定量模擬，主要結(jié)論如下：
　　（1）系統(tǒng)分析了夏玉米生長(zhǎng)季水文氣象因子在年尺度上的動(dòng)態(tài)變化特征和隨機(jī)分布規(guī)律，探討了土壤水分動(dòng)態(tài)與氣候波動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系。研究結(jié)果表明，平均降水量（α）和降水頻率（λ）年變異系數(shù)分別為0.323和0.178，年變化服從Logistic分布；日平均潛在蒸散量（Emax）年變異系數(shù)為0.088，年變化服從為L(zhǎng)ogNormal分布；土壤水分概率密度函

3、數(shù)曲線在α、λ、Emax隨機(jī)波動(dòng)影響下呈現(xiàn)雙峰現(xiàn)象，表明處于隨機(jī)波動(dòng)條件下的夏玉米SPAC系統(tǒng)可能會(huì)趨向于兩個(gè)比較適宜的水分狀態(tài)，一個(gè)為土壤相對(duì)濕潤(rùn)的狀態(tài)，另一個(gè)為土壤相對(duì)干燥的狀態(tài)。
　?。?）基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)和土壤水分動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型定量分析了α、λ和Emax長(zhǎng)期隨機(jī)波動(dòng)對(duì)夏玉米蒸散量（E）的影響。研究結(jié)果表明，α、λ和Emax長(zhǎng)期隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致夏玉米生長(zhǎng)季的蒸散量減少，當(dāng)干旱指數(shù)（Ep/P，Ep和P分別為潛在蒸散量

4、和降水量）等于1時(shí)，蒸散量的減少量最大，蒸發(fā)比（E/P）的減少比率接近10％；E/P的最大減少比率分別與α、λ和Emax的變異系數(shù)呈線性遞增關(guān)系；E的年變異性隨著α、λ和Emax年變異性的增加而增加，且α對(duì)E年變異性的影響顯著大于λ和Emax。
　　研究區(qū)夏玉米生長(zhǎng)季E、P和Ep的定量關(guān)系可采用基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)的傅抱璞方程進(jìn)行描述，方程的參數(shù)ω取值為5.3。
　?。?）構(gòu)建了具有一定普適性的農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)隨

5、機(jī)模型。通過(guò)引入土壤飽和導(dǎo)水率（Ks）和水力參數(shù)（β），建立了相對(duì)完整的土壤水分損失函數(shù)表達(dá)式，根據(jù)土壤水分概率密度函數(shù)與土壤水分損失函數(shù)的解析關(guān)系，推導(dǎo)出了不同灌水控制條件下的土壤水分概率密度函數(shù)表達(dá)式。
　?。?）改進(jìn)了灌溉需水量估算方法。基于土壤水分動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型，建立了具有物理基礎(chǔ)的灌溉需水量計(jì)算模型，模型綜合反映了灌溉需水量與降水、土壤、作物、灌溉等因子的定量關(guān)系，克服現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟蛔?，為變化環(huán)境下適宜灌溉方式的選取提供