冻结期和冻融期土壤水分运移特征分析

西北内陆盆地冻结期和冻融期几乎占全年时间的 1 /2 ,该时期土壤水分运移特点与非冻结期存在较大差异。本文根据北疆昌吉平原区土壤水分运移观测试验 ,分析了冻结期和冻融期土壤水势分布和土壤含水量变化规律及其与潜水的转化关系 ,并阐述了冻融水的生态环境意义。

西北内陆盆地冻结-冻融期的地下水补给与损耗

天山北麓平原区,每年冻结过程的时间远大于融化过程。在昌吉地下水均衡试验场,选择该平原的3种代表性土壤(粉质轻粘土、细砂、砂砾石),利用地中渗透仪观测冻结冻融期的地下水补给与损耗。根据不同岩性的地下水蒸发极限深度,设计了不同的地下水埋深。在冻结期,砂砾石、细砂岩性分布地区有利于浅埋型地下水资源的保护。在冻融期,无论何种地下水埋深水平,3种岩性的地下水都获得冻融水的补给,但细颗粒岩性的补给量相对较少且存在滞后效应,相反,粗颗粒岩性更有利于地下水资源的形成。冻结期一个月的地下水最大损耗量不超过25 3mm(砂砾石),而冻融期一个月的地下水最大补给量高达113 3mm(细砂),冻融期是年内地下水的重要补给时期。

农田大尺度土壤水空间变异试验研究

为了解半干旱地区农田大尺度土壤水空间变异性特征,文章利用传统统计学和地统计学方法对清水河平原105个土壤剖面的6个水平层面的土壤水分进行了分析。发现旱作农田土壤水垂向分布与灌溉农田有较大区别。同一置信水平和精度要求下,同一深度上旱作农田土壤含水量观测试验的合理取样数目明显高于灌溉农田;深层的合理取样数目明显高于浅层。区域土壤水具中等偏弱空间相关性,土壤水高值区与灌溉区具有一致性。结果表明:在半干旱地区,农田类型(灌溉与旱作)是影响农田大尺度土壤水空间变异的重要因素,多年灌溉农田土壤水空间变异性弱于旱作农田;区域土壤水空间变异性浅层弱于深层;土壤水空间分布与农田类型具有一致性。

神府东胜矿区不同塌陷阶段土壤水分变化特征

现以神府东胜煤田为研究背景,选择两个主要塌陷阶段分布区大柳塔矿区双沟村原农场和补连塔矿区原补连沟村作为研究区,采用野外勘查、取样测试与室内参数分析综合研究的方法,对采矿塌陷不同阶段表层包气带土壤水分进行对比分析,结果表明,采矿塌陷后,塌陷区尤其是塌陷裂缝区的土壤含水量与土壤储水量值均小于未塌陷区,说明塌陷裂缝对土壤的持水作用具有非常不利的影响,塌陷区与未塌陷区的地表植被覆盖情况也证实了这一点。值得说明的是,塌陷稳定区经过长时间的沉压、密实后,其土壤层结构、土壤水分含量等性质以及地表植被覆盖程度均越来越趋近于未塌陷区,对于沙生植被而言,虽得不到充分的供水条件,但仍能维持其生长。说明塌陷区经过长时间的稳定后,可以恢复到具有一定生态功能的程度。

西北内陆盆地潜水与土壤水转化关系研究

在天山北麓昌吉地下水均衡试验场,选择天山北麓平原的三种代表性岩性(粘土、细砂、砂砾石)进行天然条件下的潜水入渗补给和潜水蒸发模拟试验研究。观测不同岩性的潜水入渗补给量和潜水蒸发量,计算潜水补耗差,分析岩性和潜水埋深对潜水补耗差的影响。研究成果对于认识西北内陆干旱平原区土壤水与潜水的转化关系、涵养和保护地下水资源具有重要意义。

种植条件下土壤水与地下水相互转化研究

选择天山北麓平原两种代表性作物冬小麦和玉米,人为控制不同潜水埋深条件下进行了种植试验,分析研究了种植条件下土壤水和地下水相互转化机理。计算了不同潜水埋深条件下冬小麦和玉米各生育期和全生长期的实际蒸发蒸腾量、潜水补耗差、包气带土壤储水量变化量及同期的潜在蒸发量,结果表明潜水埋深对土壤水和地下水相互转化及农业生态环境具有重要影响。引入了包气带-潜水系统水分转化量均衡临界深度(Z0)概念,发现潜水埋深小于Z0时,潜水向土壤水的转化起主导作用,潜水和土壤水同时对作物需水具有重要动态调节作用,潜水埋深越浅潜水的动态调节能力越强,但是潜水埋深过浅又可能引起土壤次生盐渍化等农业生态环境问题;当潜水埋深大于Z0时,土壤水向潜水的转化起主导作用,土壤水对作物需水仍具有动态调节能力,而潜水基本失去或完全失去对作物需水的动态调节作用,但是有利于潜水入渗补给,增加地下水资源。

种植条件下降雨灌溉入渗试验研究

基于清水河平原头营和黑城试验场降雨(灌溉)入渗过程土壤水分运移观测试验数据的分析研究,笔者应用能量观点描述了包气带水分运移的分带性、降雨(灌溉)入渗补给地下水的水分条件和地下水入渗补给过程的基本特征。应用蒸散量模型、土壤水分通量模型,计算了作物生长期的蒸发蒸腾量、土壤贮水量的变化量、400cm深度处的土壤水分渗漏量及渗漏系数。从多年的角度分析了深层土壤水分渗漏量、渗漏系数与地下水入渗补给量和补给系数的关系。它对分析降雨(灌溉)入渗对地下水的补给过程和定量分析地下水入渗补给量、入渗补给系数具有重要价值。

冻结期和冻融期土壤水与潜水转化关系研究

在天山北麓昌吉地下水均衡试验场，选择天山北麓平原的三种代表性土壤（粉质轻粘土、细砂、砂砾石）进行冻结期和冻融期的土壤水与潜水转化关系的模拟试验研究。观测不同土壤地质，不同潜水埋深条件下的潜水补给过程和潜水蒸发过程，分析土壤水与潜水的转化关系和转化量，研究成果对于认识内陆盆地冻结期和冻融期的潜水补给和蒸发特点以及对于准确评价地下水资源和土壤水资源均具有实用价值。

种植条件下潜水入渗和蒸发机制研究

在天山北麓昌吉地下水均衡试验场 ,选择具有代表性的作物玉米进行不同埋深条件下的模拟种植试验 ,分析研究种植条件下不同潜水埋深水平的潜水入渗补给量、潜水蒸发损耗量、土壤水储存量和作物耗水量的变化规律。

大柳塔采煤塌陷区土壤含水量的空间变异特征分析

通过研究采煤塌陷区土壤水空间分布及动态变化特征,查明了采煤塌陷对土壤含水量的影响,这对矿区生态环境保护、塌陷区土地复垦等具有重要指导意义。以大柳塔双沟采煤塌陷区为试验区,利用传统统计学和地统计学方法分析了采煤塌陷条件下的包气带土壤水空间变异特征。研究结果表明：由于采煤塌陷造成塌陷区土壤层位在垂向上倒置、重组,引起土壤粒度、容重、孔隙度等土壤物理特性的改变,使塌陷区土壤含水量比非塌陷区显著降低,在不同深度层（0~60 cm）分别减少14.2%~21.9%;在垂向分布上塌陷区土壤水分也表现出较强的变异性,其离散系数在不同深度（0~60 cm）与非塌陷区的差值在19.2%~50%之间。根据试验区0 cm、20 cm、40 cm、60 cm四个层面土壤含水量的Kriging插值等值线图显示,土壤含水量低值区均位于塌陷区内的塌陷坑部位,证明地表的地裂缝、塌陷坑、塌陷洞等塌陷形态对土壤持水能力的影响颇为显著。采煤塌陷区土壤含水量降低、空间变异性增强直接导致了地表植被生存环境的恶化,地表景观被严重破坏。

不同潜水埋深条件下蒸发蒸腾试验研究

在天山北麓昌吉地下水均衡试验场 ,选择具有代表性的作物冬小麦进行模拟种植试验。观测不同生育期冬小麦耗水量 ,分析了潜水埋深对作物耗水的影响。研究成果对于地下水资源评价、土壤水资源时空调控利用。

宁夏清水河平原农田包气带水分运移特征分析

在宁夏清水河平原选择典型地区建立了包气带水分运移试验场,对旱作条件下和灌溉条件下的冬小麦田包气带水分运移特征进行了观测研究。结果表明:该农田类型包气带水分运移特征以上渗-下渗型为主,由于地下水埋深大,任何情况下包气带水都持续补给地下水,非种植季节土壤储水为旱作冬小麦的生长提供了重要水源,灌溉显著地增大了作物蒸发蒸腾量和渗漏量,其中蒸发蒸腾量的增加使得区域水循环失衡,地下水位持续下降。