基于HYDRUS-1D模型的半干旱黄土区典型整地措施土壤水分动态模拟.pdf
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1、第4 3卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 2-0 8 修回日期:2 0 2 3-0 2-0 8 资助项目:国家重点研发计划课题“缓坡丘陵区油松和柠条林水土保持及碳汇功能提升技术”(2 0 2 2 Y F F 1 3 0 0 4 0 3);山西省基础研究计划(2 0 2 1 0 3 0 2 1 2 3 3 3 3);山西省回国留学人员科研资助项目(2 0 2 1-0 9 7
2、)第一作者:董红霞(1 9 9 6),女(汉族),山西省忻州市人,硕士研究生,研究方向为植被生态学。E m a i l:1 7 8 3 5 0 6 2 6 3 21 3 9.c o m。通信作者:张钦弟(1 9 8 2),男(汉族),河南省南阳市人,博士,副教授,主要从事植被生态和生态水文研究。E m a i l:n y z q d 1 2 6.c o m。基于H Y D R U S-1 D模型的半干旱黄土区典型整地措施土壤水分动态模拟董红霞1,张钦弟1,卫 强2(1.山西师范大学 生命科学学院,山西 太原0 3 0 0 3 1;2.山西冶金岩土工程勘察有限公司,山西 太原0 3 0 0 0
3、0)摘 要:目的探究不同整地措施下的土壤水分动态特征,为评估坡面整地的生态水文效益,促进旱区植被恢复提供科学依据。方法通过半干旱黄土区油松林自然坡面和鱼鳞坑、反坡台的原位对照研究,基于土壤水分动态监测,结合降雨事件,利用HY D RU S-1 D软件模拟,揭示不同整地措施对土壤水分垂直运移特征的影响。结果一维非饱和土壤水分运移数值模型对04 0c m土壤水分的模拟精度大于4 01 0 0c m,适于表层(04 0c m)土壤水分的模拟;整个研究期内,相同降雨条件下,鱼鳞坑、反坡台的土壤水分通量显著大于相应对照自然坡面样地(p0.0 5),鱼鳞坑的土壤水分通量显著大于反坡台(p1 0mm时,鱼鳞
4、坑、反坡台的土壤水分通量最大值均在02 0c m,随降雨量增大而逐渐降低;鱼鳞坑、反坡台各层土壤水分通量之间差异均不显著。持续降雨条件下,04 0c m内鱼鳞坑、反坡台的土壤水分通量比其对照自然坡面样地平均提高1 0.7 3%,4.7 2%;鱼鳞坑、反坡台与相应对照自然坡面样地的差值在02 0c m内最显著(p0.0 5),平均差值整体均呈递减趋势;鱼鳞坑、反坡台与相应对照自然坡面样地各层的差值在降雨量为1 02 0mm时最显著(p0.0 5),最大增量均在1 0c m处,分别为1.3 5%,0.5 3%;鱼鳞坑各层的平均土壤水分通量呈递减趋势,反坡台呈递增趋势;不同降雨特征下,鱼鳞坑、反坡台
5、土壤水分通量最大值的深度不同,降雨量2 0mm,均在4 0c m,为2.6 1%,1.9 2%;鱼鳞坑、反坡台各层土壤水分通量间的显著性也不相同,降雨量为51 0mm时鱼鳞坑各层土壤水分通量之间均有显著差异(p0.0 5),反坡台在2 04 0c m土壤水分通量之间有显著差异(p0.0 5)。结论鱼鳞坑、反坡台均对土壤水分有不同程度的影响,鱼鳞坑在降雨条件下蓄水效果更好。关键词:黄土地区;半干旱地区;整地措施;HY D RU S-1D;降雨;土壤水分文献标识码:B 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 5-0 1 5 6-1 3 中图分类号:S 1 5 2.7,X 1
6、7 1.1文献参数:董红霞,张钦弟,卫强.基于HY D R U S-1 D模型的半干旱黄土区典型整地措施土壤水分动态模拟J.水土 保 持 通 报,2 0 2 3,4 3(5):1 5 6-1 6 8.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 5.0 1 9;D o n g H o n g x i a,Z h a n gQ i n d i,W e iQ i a n g.D y n a m i cs i m u l a t i o no fs o i lm o i s t u r eu n d e rt y p i c a l l a
7、n dp r e p a r a t i o ni ns e m i-a r i dl o e s sa r e au s i n gHY D R U S-1 Dm o d e lJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(5):1 5 6-1 6 8.D y n a m i cS i m u l a t i o no fS o i lM o i s t u r eU n d e rT y p i c a lL a n dP r e p a r a t i o n i nS e m
8、i-a r i dL o e s sA r e aU s i n gH Y D R U S-1 D M o d e lD o n gH o n g x i a1,Z h a n gQ i n d i1,W e iQ i a n g2(1.C o l l e g eo fL i f eS c i e n c e s,S h a n x iN o r m a lU n i v e r s i t y,T a i y u a n,S h a n x i0 3 0 0 3 1,C h i n a;2.S h a n x iM e t a l l u r g i c a lR o c k-S o i l
9、E n g i n e e r i n gI n v e s t i g a t i o nL i m i t e dC o mp a n y,T a i y u a n,S h a n x i0 3 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so f s o i lm o i s t u r eu n d e rd i f f e r e n t l a n dp r e p a r a t i o nm e a s u r e sw e
10、r ea n a l y z e d i no r d e rt op r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i sf o ra s s e s s i n gt h ee c o-h y d r o l o g i c a lb e n e f i t so fs l o p el a n dp r e p a r a t i o n sa n df o rp r o m o t i n gv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n i na r i da r e a s.M e t h o d sW eu s e d
11、a n i n-s i t uc o n t r o l l e ds t u d yo f n a t u r a l s l o p e s,f i s h-s c a l ep i t s,a n d r e v e r s e s l o p e s o f aP i n u s t a b u l a e f o r m i sf o r e s t i na s e m i-a r i d l o e s sa r e aa l o n gw i t hd y n a m i cm o n i t o r i n go f s o i lm o i s t u r e a n d
12、r a i n f a l l e v e n t s a n dHY D RU S-1 Ds o f t w a r e s i m u l a t i o n s t oq u a n t i f yt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tl a n dp r e p a r a t i o n m e a s u r e so nt h ev e r t i c a lm i g r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs o i lm o i s t u r e.R e s u l t s T h es
13、i m u l a t i o na c c u r a c yo f t h eo n e-d i m e n s i o n a lu n s a t u r a t e ds o i lm o i s t u r et r a n s p o r tn u m e r i c a lm o d e l f o r s o i lm o i s t u r e i n t h e 04 0c ml a y e rw a sg r e a t e r t h a n t h a t o f t h e 4 01 0 0c ml a y e r,w h i c hw a s s u i t a
14、 b l e f o r t h e s i m u l a t i o no f s u r f a c e(04 0c m)s o i lm o i s t u r e.D u r i n g t h e e n t i r e s t u d yp e r i o d,u n d e r t h es a m er a i n f a l lc o n d i t i o n s,t h es o i lm o i s t u r ef l u x e so ft h ef i s h-s c a l ep i t sa n dt h er e v e r s es l o p et e
15、 r r a c e sw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h es o i lm o i s t u r ef l u xo ft h ec o r r e s p o n d i n gn a t u r a ls l o p e(p0.0 5).T h es o i lm o i s t u r e f l u xo f t h e f i s h-s c a l ep i t sw a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e r t h a nt h a t o f t h e r e
16、 v e r s e s l o p e t e r r a c e s(p0.0 5).U n d e r i n d i v i d u a l r a i n f a l lc o n d i t i o n s,t h es o i lm o i s t u r ef l u x e so ft h ef i s h-s c a l ep i t sa n dt h er e v e r s es l o p et e r r a c e s f o rt h e04 0c ml a y e rw e r e9.0 7%a n d4.0 2%,r e s p e c t i v e l
17、 y,h i g h e rt h a nt h a to fc o r r e s p o n d i n gn a t u r a l s l o p ep l o t s.T h ea v e r a g ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ef i s h-s c a l ep i t s,t h er e v e r s es l o p et e r r a c e s,a n dt h ec o r r e s p o n d i n gn a t u r a l s l o p es a m p l ep l o t sw e r e
18、t h e l a r g e s ta t2 0a n d3 0c m,w h i c hw e r e0.7 9%a n d0.3 7%,r e s p e c t i v e l y,e x h i b i t i n ga no v e r a l l t r e n do ff i r s t i n c r e a s i n ga n dt h e nd e c r e a s i n g.Wh e nt h er a i n f a l lw a s51 0mm,t h em a x i m u ms o i lm o i s t u r ef l u x e so f t h
19、 ef i s h-s c a l ep i t sa n dt h er e v e r s es l o p et e r r a c e sw e r e1.9 4%a n d1.4 2%,r e s p e c t i v e l y,a t 3 0c ma n d4 0c m.Wh e nt h er a i n f a l lw a sm o r et h a n1 0mm,t h em a x i m u ms o i lm o i s t u r e f l u x e so f t h e f i s h-s c a l ep i t s a n d t h e r e v
20、e r s e s l o p e t e r r a c e sw e r e 02 0c m,w h i c hg r a d u a l l yd e c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n gr a i n f a l l.T h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si ns o i lm o i s t u r ef l u x e sb e t w e e nf i s h-s c a l ep i t sa n dr e v e r s es l o p et e r
21、r a c e s.U n d e rc o n t i n u o u sr a i n f a l l,s o i lm o i s t u r ef l u x e so ff i s h-s c a l ep i t sa n dr e v e r s es l o p e t e r r a c e s i n04 0c ml a y e rw e r e1 0.7 3%a n d4.7 2%h i g h e rt h a nt h es o i lm o i s t u r ef l u xo ft h ec o n t r o ln a t u r a l s l o p e.
22、T h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nf i s h-s c a l ep i t s,r e v e r s es l o p et e r r a c e sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r o ln a t u r a l s l o p ep l o t sw e r e t h em o s ts i g n i f i c a n tw i t h i n02 0c ml a y e r(p0.0 5),a n dt h ea v e r a g ed i f f e r e n c e
23、s h o w e da no v e r a l ld e c r e a s i n gt r e n d.T h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nf i s hs c a l ep i t s,r e v e r s es l o p et e r r a c e s,a n dc o r r e s p o n d i n gc o n t r o ln a t u r a l s l o p ea te a c hs o i l l a y e rw e r et h em o s ts i g n i f i c a n tw h e nt h
24、 er a i n f a l lw a s1 02 0mm(p2 0 mm,t h ev a l u e sf o rb o t hf i s h-s c a l ep i t sa n dr e v e r s es l o p et e r r a c e sa t 4 0c m w e r e2.6 1%a n d1.9 2%.T h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i ns o i lm o i s t u r ef l u xb e t w e e ne a c hl a y e ro f t h e f
25、 i s h-s c a l ep i t sa n dt h er e v e r s es l o p e t e r r a c e s.Wh e nt h er a i n f a l lw a s51 0mm,t h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i ns o i lm o i s t u r e f l u x e sb e t w e e ne a c hl a y e ro f t h ef i s h-s c a l ep i t s(p0.0 5),a n dt h e r ew e r es
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- 基于 HYDRUS 模型 干旱 黄土 典型 整地 措施 土壤 水分 动态 模拟
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