宁夏银北试验区盐渍土壤盐分运移数值模拟

材料与方法

1.1 土壤样本

试验区域位于宁夏银川市贺兰县南梁台子铁西村。采用筛分法及使用BT-9300H型激光粒度分布仪对试验区0～20cm表层土壤进行粒径分析（见表1），测定土壤质地为沙壤土；测定试验区土壤的平均pH值为8.56；电导仪测定0～20cm土壤的全盐量为1.2g/kg。上述测验结果表明，试验区土壤样本属于宁夏银北地区盐渍化土壤。

1.2 试验布置与方法

试验区为条形，长28.0m，宽16.4m。试验土壤在深度0～20cm的平均含水率为14.91%，平均土壤干容重为1.538g/cm3，平均饱和含水率为47.826%。试验区内自西向东布置3行18根TDR探测管，其中2号、5号、8号、11号测管用于模拟值检验点，其余测管用于确定土壤水盐运移方程数值计算的边界条件，见图1。试验于2012年6-10月进行，利用时间延迟反射仪对上述区域18个测点的土壤含水率和电阻值进行分时段、分层监测。

3.1 土层盐分含量的模拟计算

利用数学模型编译计算机程序，模拟计算土层盐分含量的变化过程。分别模拟蒸发、降雨条件下计算区域的土壤盐分运移情况，模拟时间为10h，时间步长50s。模拟曲线显示了不同土层的土壤含盐量自西向东保持了一致性，实测值与模拟值吻合较好；深度增加至85cm附近时，土壤含盐量随深度的增加而逐渐增大，直至到达下边界值。从图2中可知，2号测点的盐分模拟曲线在下边界附近出现了数值震荡，且与实测值的吻合度较差。5号测点、8号测点及11号测点的模拟曲线均未发生这一现象；通过对计算区域进行网格加密处理后，在降雨条件下的土壤盐分含量曲线在这一范围内数值震荡减弱，见图3。

3.2 随时间迁移的土层盐分变化数值模拟

运用土壤溶质运移模型分别对7月、8月、9月的土壤盐分含量进行数值模拟。图4为模拟计算的试验区在7月22日10时的土壤盐分运移曲线。增加模型模拟时间，分别得到8月22日10时和9月22日10时的土壤盐分运移曲线（见图5、图6）。在长迭代时间的作用下，解决了西侧边界的盐分浓度数值的局部震荡现象。如图5和图6所示，整个计算断面的土壤盐分含量随时间推移，其运移趋势保持一致，土层深度增加，土壤盐分含量相应增大。

随时间的推移，土壤盐分含量在耕作层出现了较大的变化。7月土壤盐分模拟最高值为1.00g/kg、8月该值为1.45g/kg、9月为1.48g/kg。计算模拟发现不同时期土壤盐分含量断面最大值取决于该时期的地下水矿化度。同时，受地下水埋深逐月增高的影响，模拟区域随时间推移逐渐缩小，由7月的120cm×2800cm缩小到9月的100cm×2800cm，导致计算网格加密，进一步避免了接近西侧边界的模拟值出现局部震荡现象。模拟中出现了土层盐分浓度不受深度影响的恒定区，7月恒定区最长，8月逐渐缩小，9月恒定区最短，故深层土壤的盐分含量随时间的推移在模拟过程中是逐渐变小的。

4 结论

通过建立宁夏银北试验区盐渍土土壤盐分运移数学模型，利用有限体积法对该模型进行离散，并且应用MATLAB软件分别对不同上边界条件下的土层盐分运移进行数值计算。经过加密计算区域的网格，进一步模拟了夏季土壤盐分的运移过程，有效避免了计算边界处出现数值震荡的现象。数值模拟值与实测值吻合较好，表明模型及相关拟合参数符合实际，可以采用该方法模拟宁夏银北地区盐渍土在夏季的盐分运移规律。

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