基于遥感技术与HYDRUS-1D模型河套灌区盐荒地水盐运移规律研究

【摘要】：位于干旱半干旱地区的内蒙古河套灌区土壤母质含盐量大,地下水位较高,每年引入大量盐分,土壤次生盐渍化问题严重,是我国土壤盐渍化发育的典型地区也是典型的无灌溉即无农业的地区。 随着黄河水量的不足及黄委对黄河水资源统一调度,灌区在引黄水量持续减少的情况下,兼顾农业生产和土壤盐渍化程度向良性发展的形势下,针对盐渍化地区土壤水分运动和盐分运移的影响因素和复杂过程,以当地主要盐渍化土地类型盐荒地为研究对象,采用田间试验与室内试验相结合的方法,对灌区盐渍化土地的遥感信息及灌区内盐荒地的水分运动和盐分运移的复杂机理为研究目标。研究主要成果包括: 1、通过HYDRUS-1D模型的率定和检验及模型的模拟研究显示,模型模拟值与实测值拟和较好。模型用于内蒙古河套灌区作物生育期和秋浇期灌水过程中土壤水盐运移变化的模拟研究是合理可信的,模型能够较为客观地模拟再现作物生育期和秋浇期灌水过程中土壤水盐运移的规律,揭示了耕地间隙分布的盐荒地在灌水时水盐运移规律。 土壤水盐运移模型研究显示,作物生育期是盐荒地贮存盐分的时期,成为灌溉地的“临时盐库”,为耕地作物生长提供了有利条件。秋浇期灌水对作物生育期积聚下来的盐分进行了一次大规模的冲洗,排出盐分,使灌区盐渍化得到了一定的缓解,为翌年储存灌溉水所带盐分腾空出“盐库”。 2、研究基于遥感技术,采用美国的LandSat5的TM传感器数据,对河套灌区盐荒地进行了研究,统计分析了盐荒地控制面积及土地利用类型调查。 利用遥感技术和ENVI4.7软件对LandSat5影像1986年、1999年、2005年、2009年、2010年的TM数据进行了处理,选择了TM5、4、3模拟真彩色波段组合为最佳组合,进行分类处理、精度评价,并提取相关信息和分析研究。 研究显示,农业用地不断侵占其它土地面积。从1986年到2009年,灌区中上游植被年平均增幅为1.805%;水体、沙地、盐荒地和居民点、道路及裸地年平均降幅为1.137%、0.925%、1.208%、1.738%。对2005年、2009年和2010年分类结果进行了精度评价,总体精度分别达到了76.82%、78.12%和71.27%;Kappa系数分别为0.7033、0.7091和0.6817。多光谱遥感影像的光谱信息可以对中、重度盐荒地进行较好的分类,但对轻度盐荒地受到植被等诸多因素的影像,分类效果较差。 3、研究显示,盐荒地年度输入盐量与流失盐量基本相等,灌区中上游研究区域盐荒地面积逐年减少,年平均降幅为1.208%,盐荒地调节盐分的能力大幅度下降,积盐量年平均降幅2.161%,增加了深层土壤和地下水的盐分积聚量,增大了灌溉水淋洗盐分的难度。 2009年整个灌区盐荒地总面积1.152万km~2,2009年灌区总输入盐量1.896×10~8kg,总流失量1.818×10~8kg,年度总积盐量0.078×10~8kg。 主要创新是以河套灌区盐荒地为研究背景,基于HYDRUS-1D模型运用遥感技术分析了灌区中上游地区盐荒地的面积分布及水盐运移规律,首次运用遥感技术对灌区的盐荒地的分布面积进行统计,基于模型模拟了盐荒地水盐的运移规律,并定量估算了盐荒地盐分积聚与流失量。 研究深入探索和利用模型模拟再现了盐荒地土壤水分和盐分的运移规律,并结合遥感技术定量的估算了灌区中上游地区盐荒地的输入盐量和流失盐量,为灌区节水灌溉的实施和土壤盐渍化的防治提供了理论基础,对灌区农业经济的发展具有重要指导作用,对灌区水资源的高效利用及合理配置具有重要的现实意义,为区域水盐管理和灌区的可持续开发提供科学依据。