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松原灌区土壤盐碱灾害风险评价及水盐调控研究

谷洪彪  
【摘要】:土壤盐碱灾害已经成为全球最严重的、最受关注的环境地质灾害之一,它对社会、环境造成的恶劣影响及对人体健康和经济发展之危害程度难以用经济损失来衡量,其导致的灾难性后果往往具有广泛性、潜在性、稳定性和持久性,因此,针对该类灾害的防灾减灾任务迫在眉睫。开展土壤盐碱灾害风险评价及调控研究是防治和减轻土壤盐碱灾害的重要途径,它不仅是对灾害风险评价体系的扩充和细化,也为制定减轻土壤盐碱灾害措施提供科学依据和支撑。 本文在系统归纳、总结和评述国内外土壤荒漠化灾害、土壤盐碱灾害及地震、滑坡、气象等自然灾害风险评价与土壤盐碱灾害水盐调控的最新研究进展的基础上,以灾害学理论、系统理论、风险理论为指导,着重探讨土壤盐碱灾害及其风险的理论和风险评价理论体系,进而构建以灰色系统理论为基础基于熵权的灰色关联土壤盐碱灾害风险评价模型,开展吉林西部松原灌区土壤盐碱灾害风险评价的实例研究,针对风险评价结果利用三维地下水流数值模型进行水盐调控研究,主要取得了如下研究成果: (1)首次提出了土壤盐碱灾害的概念,系统地剖析了土壤盐碱灾害形成过程及影响因素,将土壤盐碱灾害形成过程分为土壤现代盐害形成过程、土壤残余盐害形成过程以及土壤碱害形成过程;将土壤盐碱灾害孕灾环境系统分为自然孕灾环境分系统与人类活动孕灾环境分系统,丰富完善了土壤类灾害理论体系。探索性地提出了土壤盐碱灾害风险与其风险系统的定义并分析了其内涵、特征,构建了可阐明土壤盐碱灾害系统、土壤盐碱灾害风险系统与土壤盐碱灾害风险评价三者之间关系的概念模型,该模型将土壤盐碱灾害致灾因子、承灾体、灾情与风险的理论体系及风险评价相结合,并揭示了三者的组成与联系,对进一步开展土壤盐碱灾害风险评价具明确的指导意义。 (2)建立了土壤盐碱灾害风险评价概念模型,模型诠释了风险评价的内涵,给出了其评价内容和评价流程。基于对盐碱灾害风险系统的分析,兼顾土壤盐碱灾害的形成演变过程及危害对象与范围,建立了具有三级结构、涵盖土壤盐碱灾害的形成基本条件及承灾体暴露性、脆弱性及研究区防灾减灾能力等因素,共包括4个因子层、12个副因子层和28个评价指标的土壤盐碱灾害风险评价指标体系。该指标体系表征内容全面、易于量化,可为土壤盐碱灾害风险评价提供有力可靠支撑,也是对风险评价理论体系的扩充与细化。 (3)将灰色系统理论与信息熵应用于风险评价,建立了基于熵权的灰色关联土壤盐碱灾害风险评价模型和基于风险理论的土壤盐碱灾害风险指数计算模型。将土壤盐碱灾害风险系统视为灰色系统并以熵权确定权重,运用灰色关联土壤盐碱灾害风险评价模型及其风险指数计算模型对松原灌区土壤盐碱灾害风险定量评价分级,风险等级定量评价结果与灌区实情符合较好,客观性较强,表明所建模型可用于土壤盐碱灾害风险评价。基于此,对松原灌区2007年盐碱灾害经济损失估算结果表明由土壤盐碱害带来的年经济损失达221.57亿元。 (4)采取重新规划土地利用方式调控及水盐数值模型调控相结合的方式对灌区土壤盐碱害风险实施综合调控。土地利用方式调控将灌区水田面积扩至159.16万亩,旱田面积缩小为95.89万亩,草原面积30.01万亩与原来持平。在此前提下,开展了以水文地质学三维数值模型(Visual Modflow模型)为手段的水盐模拟调控研究,设计了三种不同灌溉方案,分析比较了调控前后的效果。该模型可为松原灌区土壤盐碱灾害调控提供决策支持,对于其他发育盐碱灾害的灌区也具有参考价值。对调控后的灌区粮食产量收益核算结果显示由粮食增产增收所带来的年直接经济效益达33.78亿元,表明效益明显,调控方案可行。


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