青海省大通县水土保持工作站 810100
摘要：水土保持是影响地下水的动态变化的重要因素。近年来，随着经济的发展和对环境问题的重视，水土保持工作的推进已取得巨大进展，但其中存在的隐患仍不可小觑【1】。本文以渭河的土壤条件为基础，通过实验模拟降雨时的环境条件，并与Visual MODFLOW软件结合，研究了在具有不同的水土保持措施的环境条件下，地下水动态变化的情况，并由此出发，探究了对水位和径流量等因素对水土保持措施的实际影响，发现： 科学合理的水土保持措施的确在一定程度上能推动降雨补充地下水，并且地下水的补水量会随着下垫面条件的不同而存在差异，即使是在相同降水强度和地表坡度的环境条件下。
关键词：水土保持措施；地下水动态变化；数值模拟
引言
河流水沙锐减，生态基流不足是现阶段我国环境问题中的两大难题，一旦不能得到良好的解决，就会危及流域社会经济发展和生态环境安全。水土保持措施对流域生态环境的改善作用一直饱受争议，特别人们不清楚是该措施对土壤径流的影响机制。水土保持措施不仅影响区域水资源储藏量以及水质情况，而且能够保护和调节地下水，通过改变土地利用方式，从而对流域中的降雨实现再分配【2】。同时水土保持措施还可以影响流域的地表产流、地下径流和壤中流等水文循环过程，是改善区域性生态环境的关键因素【3】 。同时，现阶段修建的大规模水土保持工程还能为水分渗入土壤提供有利的下垫面条件，帮助地下水补给，增加土壤含水量，提高农作物产量【4】。
1 模拟试验系统
1．1 模型设计
为了研究在不同环境条件下的地区，不同水土保持措施对地下水动态变化的影响，科研人员设计了相应的模拟实验系统，来模拟人工降雨环境，并搭建了相应的实验模型。在模型的实验环境中，雨的高度为 20m，为最大程度还原人工降雨，该模型使用的是下喷式降雨，并严格控制各项数据，要求降雨总量 140mm，强度45mm/h，匀程度需大于80％。并且，实验槽中已配备好各监测系统，便于科研人员随时掌握地下水的动态变化。为满足实验需要，此次试验槽的坡度被设置为 3°。若有其他的实验需要，可自行调节改变坡度。该实验槽长5m、宽1m、高1.2m，并装有试验土壤，见表 1。
注：y-密度，g/cm 3 ；h-土层厚度，cm
1.2 水土保持方案设计
在该实验中，科研人员会通过草地、秸秆或裸坡等3种设计来改变土壤表层下垫面，以模拟不同的水土保持措施。在挑选用于水土保持措施中的草地种植的植物时，平均株高为15cm的冬麦草成了此次实验科研人员的首选。冬麦草的距离被设定为8cm，行距15cm，草地覆盖率超过 70％，而对秸秆采取的是均匀覆盖的方式，要求覆盖率超过 90％，覆盖量为0.4kg/m²。
2 试验结果分析
2.1 地下水时间上的动态变化
根据实验结果，科研人员发现：在处于降雨强度为45mm/h的环境条件下，地下水水位在三种保水措施的影响下，变化情况有相似之处-前期快速增加，后期慢慢降低。在该实验中，科研人员测得以下重要数据：裸坡、草地及秸秆等三种不同保水措施环境条件下的平均水位依次增加，分别为54.5cm、54.8cm、61.4cm；最大值分别58.8cm、75.1cm、76.8cm，相似之处在于三种环境下最高平均水位都出现在实验的的145min。以裸坡作为对比，可以发现在草地保水措施条件下的土壤平均水位提高了12.7%，最大水位增加了27.7%；秸秆覆盖措施条件下的平均水位 16.9％最大水位30.6％。当处于降雨强度为45mm/h的环境时，3 种处理方式下的土壤地下水流量都是呈相同趋势—先随时间增大，后随时间减少，但幅度存在一定程度的差异。纵观整个实验，裸坡的土壤径流量是三层实验土壤中最小的，其最大流量为1.7×10 -5m3／s，出现在150min时。草地和秸秆保水措施条件下的土壤层拥有完全相同的地下径流流量过程线。拥有草地覆盖的土壤层条件下最大流为 3.61×10 -5 m 3 /s，量出现在 180min；而秸秆报税措施下的土壤层最大流量为 3.42×10 -5m 3 ／s，出现在 179.5min。以裸坡条件下的土壤作为对照，草地覆盖土壤层最大流量提高了1.12倍，秸秆覆盖土壤层提高了 1.01 倍。当降雨强度持续加大，达到 45mm/h 时，三种保水措施条件下的地下累计产水量也会随之发生改变，具体变化过程如图所示。
本文以渭河流域少水多沙的土壤条件为研究对象，通过模型模拟降雨环境，并使用VisualMODFLOW 软件结合数值模拟，研究了不同的水土保持措施对地下水动态变化的影响，发现草地和桔杆覆盖措施对于土壤的地表径流量的降低作用显著，能够有效增加土壤湿度，促进地下水的补给。现阶段，对于水土保持具体原理还未能完全研究透彻，导致部分生态环境保护工作陷入了僵局。如研究黄土高原环境问题的学者穆兴民等发现森林和草地的种植会降低土壤含水量，甚至会导致地下干层，而类似情况却尚未在天然植被条件下的土壤出现。也希望在未来，该领域的科研人员能深入探索，研究出水土保持措施作用于地下水水位变化的具体机制，从而将水土保持措施的作用最大化地发挥出来，保证土壤湿度，为我国环保事业做出贡献
参考文献：
[1]石 林．光伏发电项目水土保持方案存在的问题及建议[J]．水土保持应用技术，2018（6）：34－35．
[2]王红，水土保持典型措施对地下水补给生态基流的影响研究[D].中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心，2014-12
[3]于红学，南四湖流域土地利用变化的水文效应研究[D].中国矿业大学资源与地球科学学院，2016-5
[4]于秀琴，杨宁，肖继兵，等． 辽西地区不同节水补灌技术对玉米水分利用及产量的影响[J]．水土保持应用技术，2017(4) : 9－11．
论文作者:李旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/16
标签：水土保持论文; 地下水论文; 措施论文; 土壤论文; 条件下论文; 水位论文; 径流论文; 《基层建设》2019年第25期论文;