楊鋒，和玉璞，洪大林，紀仁婧，夏超凡 ?

基于Hydrus-1D模型模擬灌排調(diào)控稻田地下水補給過程

楊鋒1，和玉璞1*，洪大林1，紀仁婧1，夏超凡2

（1.南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京 210029；2.南京市長江河道管理處，南京 210011）

探究灌排調(diào)控稻田地下水補給特征及其響應(yīng)機制。設(shè)置灌水下限分別為50%、60%、70%、80%飽和含水率的4種灌溉處理（分別記為I1、I2、I3、I4）和地下水埋深分別為30、50、70 cm的3種排水處理（分別記為D1、D2、D3）進行灌排組合，基于Hydrus-1D模型開展細化灌排情景下稻田土壤水分通量模擬。模型對稻田不同深度土壤含水率模擬結(jié)果的在0.010 4～0.088 4之間、為0.041 5～0.761 2，稻季稻田土壤水-地下水轉(zhuǎn)化量模擬值與實測值相對誤差為4.6%，取得了良好的模擬精度，結(jié)合實測數(shù)據(jù)率定后的Hydrus-1D模型能夠分析灌排調(diào)控稻田地下水補給特征。稻田地下水補給峰值及總量隨灌水下限降低而升高，I1處理下，典型時段內(nèi)稻田地下水補給峰值的平均值分別較灌水下限為I2、I3、I4稻田提高50.42%、50.42%和92.93%，而稻田地下水補給總量分別平均提高了2.15、1.78、4.82 mm。稻田地下水補給峰值及總量隨地下水埋深的增加而降低，典型時段內(nèi)D1處理稻田地下水補給峰值的平均值分別是D2、D3處理稻田的2.30倍、4.73倍，D3處理稻田地下水補給總量分別平均較D1、D2處理稻田降低了48.47、34.22 mm。地下水埋深、灌水下限均顯著影響了稻田地下水補給總量，且地下水埋深的影響強于灌水下限。在現(xiàn)行的節(jié)水灌溉水分管理模式下，通過設(shè)置減小地下水埋深的排水措施，可增強農(nóng)田地下水補給過程，進一步調(diào)控作物需水以提高水稻水分利用率。

稻田；節(jié)水灌溉；地下水補給；Hydrus-1D；地下水埋深

0 引言

【研究意義】我國水稻種植面積大，水稻灌溉用水量約占全國總用水量的50%[1]，節(jié)水潛力巨大。隨著水資源日益緊張，采用科學合理的灌溉方式使水稻保持穩(wěn)產(chǎn)時降低水量消耗，是應(yīng)對水資源短缺和發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水化的必要手段[2-5]?！狙芯窟M展】目前國內(nèi)外學者在旱田土壤水-地下水轉(zhuǎn)化過程及機制的研究結(jié)果表明旱田地下水補給是補充旱作物用水的重要來源[6-9]。馮紹元等[10]通過控制不同地下水冬小麥灌溉試驗，指出地下水埋深對土壤水與地下水的轉(zhuǎn)化量及轉(zhuǎn)化方向有很強影響，地下水淺埋深條件下，地下水補給土壤水作用較強。我國稻作區(qū)地下水埋深普遍較小，節(jié)水灌溉稻田干濕交替過程中會出現(xiàn)長時間無水層狀態(tài)[11-12]，與旱田類似，土壤剖面形成單一蒸發(fā)型水勢分布，水稻根層土壤水將得到地下水補給。已有研究發(fā)現(xiàn)節(jié)水灌溉稻田干濕循環(huán)過程存在較為明顯的地下水補給過程，且在地下水淺埋深條件下，稻田地下水補給過程會直接影響水稻根區(qū)土壤水分變化及作物需水[13]。

【切入點】然而，節(jié)水灌溉稻田地下水補給過程的研究尚不深入，灌溉與排水共同作用下稻田地下水補給過程及其作用機制尚不明確。由于應(yīng)用田間實測手段進行試驗研究成本高，耗時長且試驗設(shè)置條件受限，采用模型模擬可更有效分析稻田土壤水分運動。Hydrus-1D模型[14]根據(jù)Richards方程描述土壤水分運動，可模擬作物蒸散發(fā)、地下水位變化等過程，在農(nóng)田土壤水分垂向運動模擬方面得到了良好運用。Xu等[15]采用Hydrus-1D模型模擬了不同地下水埋深和灌溉模式下稻田深層滲漏量，模擬值與實測值吻合程度較好。楊玉崢等[16]通過土壤水量平衡方程結(jié)合Hydrus-1D模型對地下水淺埋區(qū)農(nóng)田土壤水與地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系進行研究，指出玉米生長期內(nèi)土壤水與地下水交換頻繁，小麥生長期主要由地下水補給土壤水?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文通過蒸滲儀試驗得到的稻田土壤水分轉(zhuǎn)化的實測數(shù)據(jù)，對Hydrus-1D模型進行參數(shù)率定和驗證，構(gòu)建不同灌水下限和地下水埋深情景下稻田地下水補給過程的動態(tài)模擬模型，深入探究控制灌排對稻田地下水補給過程的影響機制，以期提出稻田地下水補給過程的高效調(diào)控措施，為進一步提高稻田水分利用率提供技術(shù)指導。

1 研究概況

1.1 試驗區(qū)簡介

試驗于南京水利科學研究院水文水資源與水利工程國家重點實驗室昆山排灌試驗基地（31°15′50″N，120°57′43″E）進行，時間為2017年7月2日—10月20日。該試驗基地處于亞熱帶南部季風氣候區(qū)，年平均氣溫15.5 ℃，年降水量1 097.1 mm，年蒸發(fā)量1 365.9 mm，平均無霜期234 d，日照時間2 085.9 h。當?shù)亓晳T稻麥輪作，土壤為潴育型黃泥土，耕層土壤為重壤土，耕層土壤體積質(zhì)量1.24 g/cm3，土壤有機質(zhì)量21.88 g/kg，全磷量1.35 g/kg，全氮量1.08 g/kg，全鉀量20.86 g/kg，pH值6.8。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用控制灌溉處理，共設(shè)置3個蒸滲儀小區(qū)。每個小區(qū)面積為0.39 m2（0.65 m×0.60 m），深度為90 cm，小區(qū)底部與外界隔絕。試驗布置與觀測方法同文獻[13]，使用配套稻田滲漏水量、地下水補給量自動測量系統(tǒng)的蒸滲儀對稻田土壤水滲漏量、補給量進行自動監(jiān)測記錄，得到土壤水-地下水轉(zhuǎn)化過程。

2 模型建立及參數(shù)輸入

本研究模擬圖層厚度為0～1 m，劃分為4層，第1、2層厚度為15 cm，第3層厚度為20 cm，第4厚度為50 cm。水稻模擬期為2017年7月3日—9月30日；模擬最小步長0.001，最大步長1，單位為d。土壤體積質(zhì)量1.24 g/cm3；采用激光粒度分析儀（LS13320，美國Beckman Coulter）進行粒徑分析，土壤砂粒、粉粒、黏粒比例分別為0.85%、10.13%、89.00%。

2.1 水流模型

使用Richards方程模擬土壤水運動[14]：

式中：為土壤體積含水率（cm3/cm3）；為時間（T）；為坐標值（cm）（向上為正）；為壓力水頭（cm）；為農(nóng)作物根系吸水率(cm3/(cm3·d))；()為土壤水非飽和導水率（cm/d）。

2.2 根系吸水與生長模型

Hydrus-1D使用水分脅迫指數(shù)研究根系吸水問題，采用Feddes[17]模型計算根系吸水問題：

式中：()為水分脅迫反應(yīng)系數(shù)；p為潛在吸水速率（cm/d）；()為根系吸水分配密度函數(shù)；p為潛在蒸騰速率（cm/d）。

2.3 蒸發(fā)蒸騰模型

作物潛在騰發(fā)量采用式（3）計算：

式中：c為作物系數(shù)，采用當?shù)毓喔仍囼炛担?為參考作物騰發(fā)量，采用Penman-Monteith公式[18]計算。

潛在蒸騰量和土壤蒸發(fā)量計算[19]：

式中：為葉面積指數(shù)；為冠層消光系數(shù)。

2.4 土壤儲水量

式中：為某一土層的土壤水儲量（mm）；為某一土層的土壤質(zhì)量含水率（%）；d為對應(yīng)土層土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；h為某一土層的厚度（mm）。

2.5 模型參數(shù)輸入

在Hydrus-1D中輸入土壤體積質(zhì)量和土壤粒徑分級，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測獲得所需土壤水力特性參數(shù)初選值，并利用實測土壤水分數(shù)據(jù)進行校準，得到土壤水力特性參數(shù)見表1。并選取2017年水稻移栽后（DAT，day after transplant）30 d的稻田不同深度土壤含水率實測值與模擬值進行水分運移模型參數(shù)率定。根系吸水模型Feddes參數(shù)見表2[20]。

表1 土壤水力特性參數(shù)取值

注r為殘余含水率；s為飽和含水率；為經(jīng)驗參數(shù)；為曲線形狀參數(shù)；s為水力傳導系數(shù)；為曲率系數(shù)。

表2 Feddes模型參數(shù)

注、0、2、2、3為壓力水頭，2、2為潛在蒸騰速率。

2.6 邊界及初始條件

土壤剖面按深度分為0～15、15～30、30～50、50～100 cm。上邊界采用地表可積水的大氣邊界，根據(jù)設(shè)定的灌溉制度及典型年的降雨蒸發(fā)資料推得稻田灌溉過程，然后輸入可變邊界條件的逐日降雨及灌溉信息。下邊界以模擬設(shè)置的地下水埋深作為定水頭邊界（分別為-30、-50、-70 cm）。初始條件以壓力水頭表示。

2.7 模型評價標準

采用均方根誤差和Nash-Sutcliffe系數(shù)作為檢驗指標[21]。數(shù)值越接近0，數(shù)值越接近1，表明模擬值與實際值擬合越精確。

2.8 模擬情景設(shè)置

根據(jù)試驗區(qū)所在地50 a（1964—2013年）的水稻全生育期降雨資料（視水稻生育期為每年7月1日—10月28日，共計120 d）。將50 a稻季降雨資料進行排頻計算，根據(jù)PⅢ曲線配線得到50%保證率對應(yīng)降雨量，為440.7 mm。根據(jù)實測降雨資料，選取年降雨量接近、并且其年內(nèi)分配具有代表性的年份作為典型年，最終選擇2001年為典型平水年。

為進一步分析不同灌水下限和地下水埋深對稻田地下水補給的影響，借助驗證后的Hydrus-1D模型對平水年型下不同灌水下限和地下水埋深的組合進行情景模擬，得到不同情境下稻田土壤水與地下水交換過程，將兩水轉(zhuǎn)化量模擬值的正值，即地下水向上轉(zhuǎn)為土壤水的水量作為地下水補給量。

設(shè)計4種控制灌溉情景：灌溉處理1（I1，irrigation1），灌溉處理2（I2），灌溉處理3（I3），灌溉處理4（I4），以根系活動層土壤（分蘗期0～20 cm、拔節(jié)孕穗期0～30 cm、抽穗開花期及乳熟期0～40 cm）相對含水率為灌溉臨界指標下限，當土壤含水率下降至50%、60%、70%、80%的飽和含水率時進行灌溉，每次灌水至100%飽和含水率。

設(shè)計3種排水情景：排水處理1（D1，draining1），排水處理2（D2），排水處理3（D3），各排水處理相對應(yīng)的稻田地下水埋深分別設(shè)置為30、50、70 cm。將灌溉與排水處理進行組合，共設(shè)置了12種灌排情景，分別為I1D1、I1D2、I1D3；I2D1、I2D2、I3D3；I3D1、I3D2、I3D3；I4D1、I4D2、I4D3。

3 結(jié)果與分析

3.1 模型驗證與評價

使用參數(shù)率定后的模型分別對移栽后90 d（DAT 90 d）稻田0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm深度土壤含水率和土壤水-地下水轉(zhuǎn)化過程進行模擬。各層土壤含水率模擬值與實測值對比結(jié)果如圖1所示。30～40 cm和40～50 cm深度土壤含水率實際值接近飽和，但模擬值波動頻繁，這是由于模型算法為達到收斂導致。檢驗結(jié)果顯示稻田不同深度土壤含水率模擬結(jié)果的為0.010 4～0.088 4；為0.041 5～0.761 2，模擬效果較好。

稻季稻田土壤水-地下水轉(zhuǎn)化模擬過程與實測過程的對比如圖2，可見二者的水分通量峰值發(fā)生時刻較為吻合，整體波動趨勢一致，生育期土壤水-地下水轉(zhuǎn)化量模擬值與實測值誤差較小，相對誤差為4.6%?？傮w來看，Hydrus-1D模型對稻田土壤水-地下水轉(zhuǎn)化過程模擬精度較好，可以模擬不同灌排情景下稻田地下水補給過程。

3.2 不同灌溉處理下稻田地下水補給特征

利用驗證后的模型對平水年型下不同灌水下限和地下水埋深組合下稻田土壤水與地下水交換過程進行模擬，將模擬得到的兩水轉(zhuǎn)化過程中的正值作為地下水補給量。補給過程模擬結(jié)果如圖3所示。各排水處理下，稻田地下水補給峰值出現(xiàn)在每次土壤水分較低再復(fù)水后（灌溉或降雨）1 d內(nèi)。

在水稻不同生育階段內(nèi)，由于灌溉及降雨過程的影響，相同排水處理下，稻田灌水下限的變化對地下水補給過程的影響不一致（圖3）。移栽后1～24 d和32～53 d時段內(nèi)，受較頻繁的降雨過程影響，各灌溉處理稻田土壤水分保持在較高水平，均未發(fā)生明顯的稻田地下水補給過程。DAT100～120 d時段內(nèi)，水稻進入黃熟期后停止灌水，相同排水條件下各灌溉處理稻田地下水補給過程基本一致。

其余時段內(nèi)，相同排水條件下，稻田地下水補給量峰值隨灌水下限的降低出現(xiàn)升高趨勢。DAT24～31 d時段內(nèi)，D1情景下，I1、I2、I3、I4處理稻田灌水后地下水補給峰值平均值為3.55、2.36、2.36、1.84 mm/d，I1處理稻田地下水補給峰值平均值較I2、I3處理和I4處理分別提高50.42%、50.42%和92.93%，I2、I3處理稻田地下水補給峰值平均值一致，較I4處理提高28.26%；I1、I2、I3、I4處理灌水后地下水補給峰值最高值分別為3.73、3.72、3.72、3.63 mm/d，I1處理稻田地下水補給峰值最高值較I2、I3處理和I4處理分別提高0.27%、0.27%和2.48%，I2、I3處理稻田地下水補給峰值最高值一致，較I4處理提高2.48%。D2和D3情景下各灌溉處理稻田地下水補給峰值出現(xiàn)了類似的變化趨勢。DAT54～100 d時段內(nèi)，灌溉較為頻繁，稻田土壤含水率一直維持在較高水平，D1情景下，灌溉下限低的處理出現(xiàn)稻田地下水補給峰值的波動，但補給量很小，均低于0.2 mm/d，灌溉下限提高后稻田基本不發(fā)生地下水補給；D2和D3情景下各灌溉處理稻田基本未發(fā)生地下水補給。

3.3 不同排水處理下稻田地下水補給特征

灌溉處理相同時，不同排水處理稻田地下水補給過程的模擬結(jié)果如圖4所示。相同灌溉處理下，稻田復(fù)水后地下水補給峰值隨地下水埋深的增加而降低。DAT1～24 d時段內(nèi)未灌水，由降雨引發(fā)地下水補水峰值，DAT24～32 d時段由灌水引發(fā)地下水補給峰值，DAT1～32 d時段內(nèi)I1處理下，D1、D2、D3處理稻田地下水補給量峰值平均值分別為3.17、1.38、0.67 mm/d，D1分別是D2、D3的2.30倍、4.73倍，D2是D3的2.06倍；D1、D2、D3處理稻田地下水補給量峰值最高值分別為3.73、1.72、0.87 mm/d，D1分別是D2、D3的2.17倍、4.29倍，D2是D3的1.98倍；另3種灌溉處理下，不同排水處理間稻田地下水補給特征與I1相似。DAT32～53 d時段內(nèi)，受頻繁降雨影響，各處理地下水補給曲線差異不明顯，補給量峰值極小。DAT54～120 d時段內(nèi)，稻田補水較為頻繁，I1處理下，出現(xiàn)多次地下水補給峰值，D1處理出現(xiàn)12次，但補給量均小于0.5 mm/d；而D2、D3處理下，基本未發(fā)生地下水補給，僅在黃熟期出現(xiàn)2次補給峰值，且補給量均小于0.3 mm/d。

3.4 灌排調(diào)控對稻田地下水補給的影響分析

各處理稻田稻季根層地下水補給量如圖5（圖中不同小寫字母表示同一灌水下限不同處理間差異顯著（<0.05））。相同灌溉處理下，稻季稻田地下水補給總量隨地下水埋深的增加而大幅降低。各灌溉處理下，D3處理稻田地下水補給量分別較D1、D2處理稻田降低了44.96～50.93、31.86～35.69 mm，平均分別降低了48.47、34.22 mm。

相同排水處理下，稻季稻田地下水補給總量隨灌溉下限的降低出現(xiàn)小幅提高。各排水處理下，I1處理稻田地下水補給量分別較I2、I3、I4處理稻田提高了1.13～3.26、0.91～2.64、2.12～8.09 mm，平均分別提高了2.15、1.78、4.82 mm。

圖5 各處理稻田稻季根層地下水補給量

表3 各處理稻田地下水補給量影響因素方差分析

分別對各處理稻田根層地下水補給量進行影響因素方差分析，見表3。灌溉處理和排水處理均顯著影響稻田根層地下水補給量（<0.05），其中排水處理是主要影響因素（=1 514.21，c=5.14），灌溉處理的影響次之（=7.26，c=4.76）。可見，稻田地下水埋深越淺，灌水下限閾值越低，稻田根層地下水補給量越大。

4 討論

節(jié)水灌溉可降低農(nóng)田土壤水滲漏強度并增強毛管上升作用，從而促進了地下水對土壤水的補給作用[22]。鐘韻等[23]研究表明地下水通過毛管上升的補給量與土壤初始含水率、地下水埋深呈負相關(guān)。稻田灌溉或降雨后，土壤表面蒸發(fā)強度會迅速增強，上層土壤水勢降低，下層土壤水分通過毛管作用向上運移[24-25]。在本研究采用的平水年型下，模擬結(jié)果初期地下水補給土壤水的峰值在水稻整個生育期內(nèi)較高，是由于DAT1～24 d時段內(nèi)僅有雨水輸入，土壤初始含水率較低，增強了毛管上升作用，使得地下水補給強度峰值處在較高水平。楊建鋒等[9]指出地下水淺埋條件下，灌溉水量較大，在短時間內(nèi)入滲補給地下水，而后隨蒸騰蒸發(fā)的進行土壤水分消耗后又得到地下水的回歸補給，構(gòu)成作物覆蓋田間的地下水對土壤水的補給。龍?zhí)业萚26]研究表明土壤蒸發(fā)量隨復(fù)水量的增加呈對數(shù)函數(shù)方式增長。本研究中灌水下限低的處理每次灌水量大，灌溉水入滲轉(zhuǎn)化為地下水的水量較多，稻田表層土壤蒸發(fā)強度大，引發(fā)的地下水上升補給作用強，所以在相同地下水埋深情況下，50%灌水下限處理的稻田地下水補給量峰值及稻季補給總量最高。

本研究設(shè)置的3種地下水埋深對稻田地下水補給峰值及稻季總量影響顯著。地下水埋深是旱作物地下水補給量的重要影響因素，地下水埋深越淺，地下水向上運動到達根區(qū)的路徑短，潛水面以上存在毛細水帶，土壤導水性好，潛水蒸發(fā)較大，地下水對土壤水分的補給量越大[9, 27-29]。本研究中節(jié)水灌溉稻田水分狀況在較長時段內(nèi)與旱地較一致，稻田地下水補給峰值、總量隨著地下水埋深的減小而增加，與旱地已有研究結(jié)論類似。本研究設(shè)置的地下水埋深總體上較淺，且下降梯度僅為20 cm，但稻田地下水補給量下降劇烈。巴比江等[29]通過試驗發(fā)現(xiàn)冬小麥整個生育期地下水埋深分別為0.5、1.0、1.5 m時，地下水補給總量分別為66.3、54.5、25.6 mm，地下水埋深0.5 m情況下，地下水補給總量較1.0 m和1.5 m分別提高了21.65%和158.98%，地下水埋深1.0 m較1.5 m的地下水補給總量提高112.89%。其農(nóng)田地下水埋深下降梯度大于本研究，但地下水補給總量變化幅度遠小于本研究結(jié)果，這是由于巴比江等試驗中冬小麥生育期內(nèi)僅有返青水和拔節(jié)水2次灌水，灌水次數(shù)和總量遠小于本研究，農(nóng)田土壤水分變化遠沒有稻田劇烈。由于稻田降雨、灌水頻繁的水分管理特點，會將地下水埋深變化梯度對地下水補給量的影響放大，最終使得相同地下水埋深降幅下，節(jié)水灌溉稻田地下水補給量的差值遠大于旱地。

以根層土壤水分作為控制指標確定灌水時間和灌水定額的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)已大面積推廣應(yīng)用[1]，本研究以提高稻田水分利用率為目標，通過Hydrus-1D模型模擬發(fā)現(xiàn)灌溉處理和排水處理均顯著影響控制灌溉稻田的地下水補給量，且排水處理的影響作用較灌溉處理更強。相比現(xiàn)行的節(jié)水灌溉稻田水分管理方法，可通過增加控制排水措施，有效推動地下水向土壤水補給。

本文的研究方法采用Hydrus-1D模型對節(jié)水灌溉稻田不同灌排情景處理進行水分模擬，獲得了較為可靠的結(jié)果，可應(yīng)用于節(jié)水灌溉稻田的灌溉制度優(yōu)化。但本研究不能對水稻產(chǎn)量進行量化分析，提高水分利用率后對產(chǎn)量的影響仍未知，該局限是未來的改進方向?？赏ㄟ^結(jié)合作物產(chǎn)量模擬模型如國際糧農(nóng)組織（FAO）推薦的AquaCrop模型進行分析[30]，尋求水分高效利用與水稻產(chǎn)量優(yōu)化灌溉制度。

5 結(jié)論

1）稻田不同深度土壤含水率模擬結(jié)果的在0.010 4～0.088 4之間，為0.041 5～0.761 2，稻季稻田土壤水-地下水轉(zhuǎn)化量模擬值與實測值相對誤差僅為4.6%。

2）相同排水處理下，隨著灌水下限含水率閾值的降低，稻田地下水補給量峰值和稻季補給總量均呈升高趨勢。D1處理典型時段內(nèi)，I1處理稻田地下水補給峰值平均值分別較I2、I3、I4處理提高50.42%、50.42%、92.93%，但這種變化趨勢會隨地下水埋深的增加而減弱。各排水處理下，I1處理稻田地下水補給量分別平均較I2、I3、I4處理稻田提高了2.15、1.78、4.82 mm。

3）節(jié)水灌溉稻田地下水補給量峰值隨著地下水埋深增加而降低，稻季地下水補給總量隨地下水埋深增加而顯著降低。I1處理的典型時段內(nèi)，D1處理地下水補給峰值平均值是D2處理的2.30倍，D2處理是D3處理的2.06倍。各灌溉處理下，D3處理稻田地下水補給量分別平均較D1、D2處理稻田降低了48.47、34.22 mm。

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Effect of Controlled Irrigation and Drainage on the Capillary Rise in Paddy Fields Simulated Using the HYDRUS-1D Model

YANG Feng1, HE Yupu1*, HONG Dalin1, JI Renjing1, XIA Chaofan2

(1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China; 2. Nanjing Yangtze River Management Office, Nanjing 210011, China)

【】Water flow between soils and groundwater not only affects regional hydrological cycle but also groundwater use by plants. The aim of this paper is to investigate how shallow groundwater and soil water in paddy fields exchange under different combinations of irrigation and drainage.【】We considered four irrigation treatments by keeping the low-limit of soil saturation to resume irrigation at 50% (I1), 60% (I2), 70% (I3) and 80% (I4), and three drainages with the critical depths for grounder water table not to rise beyond kept at 30 cm (D1), 50 cm (D2) and 70 cm (D3). Water flow in the soil under each scenario was simulated using the Hydrus-1D.【】The model was able to reproduce the change in soil moisture measured in the field, withfor soil water content at different depths varying from 0.010 4 to 0.088 4, and their associatedin the range of 0.041 5 to 0.761 2. The relative error between the simulated and measured water exchange between unsaturated soil and the groundwater was 4.6%. Water ascendence from the groundwater to the soil increased as the low-limit soil saturation set for irrigation increased and the critical groundwater depth for drainage decreased. The average groundwater discharge to soil peaked in I1, increasing by 50.42%, 50.42% and 92.93% compared to that in I2, I3 and I4, respectively. The peaked and total groundwater discharge to the soil both decreased with the decrease in groundwater depth. The average discharge peaked in D1, being 2.30 times and 4.73 times that in the D2 and D3, respectively. The total groundwater discharge in D3 was 48.47 mm and 34.22 mm less than that in D1 and D2, respectively.【】Groundwater depth and irrigation scheduling both affected the total amount of capillary rise in paddy fields at significant level, especially the groundwater depth. Dropping the groundwater depth coupled with water-saving irrigation in paddy fields could effectively enhance capillary rise and improve groundwater use efficiency of crop.

paddy fields; water-saving irrigation; capillary rise; Hydrus-1D; groundwater depth

S274

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021225

1672 - 3317（2021）11 - 0090 - 08

楊鋒, 和玉璞洪大林, 等. 基于Hydrus-1D模型模擬灌排調(diào)控稻田地下水補給過程[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(11): 90-97.

YANG Feng, HE Yupu, HONG Dalin, et al. Effect of Controlled Irrigation and Drainage on the Capillary Rise in Paddy Fields Simulated Using the HYDRUS-1D Model[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(11): 90-97.

2021-05-31

國家自然科學基金項目（51609141）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目（Y920009）

楊鋒（1997-），男。碩士研究生，主要從事農(nóng)田高效灌溉排水理論研究。E-mail: riderpunch@foxmail.com

和玉璞（1987-），男。博士，主要從事農(nóng)田高效灌溉排水理論與環(huán)境效應(yīng)研究。E-mail:heyupu28@163.com

責任編輯：白芳芳