关于干旱和半干旱区陆面水分过程的研究

简要阐述了陆面水分过程的内涵,论述了干旱半干旱区陆面水分过程的独特性,提出了干旱半干旱区生态和土壤特性对陆面水分过程的敏感性。并且,总结了国内外陆面水分过程的研究现状,分析了干旱半干旱区陆面水分过程研究的不足之处,讨论了进一步开展干旱半干旱区陆面水分过程研究的思路。

基于可拓论的工业水分过程系统综合建模

介绍了工业水分过程系统建模的研究方法。该文采用数学机理模型、经验模型、神经网络模型在物元模型的基础上综合方法,建立了大时延、大流量、大范围非线性时变的烟丝水分过程的模型。该模型以数学机理模型的解作为初始点,经验模型作为全局调节器,菱形思维神经网络模型作为局部调节器,从而使该模型更接近于实际工业过程。此方法物理机理明晰、能获得工业过程的全局优化结果、能解决系统中一些结构不良问题等。仿真结果表明:较之三种模型的有效性,对于解决复杂工业过程控制系统问题,可拓工程方法是一条可探索途径。

粉垄耕作对黄淮海北部土壤水分及其利用效率的影响

连年旋耕导致犁底层上移、耕层变浅、水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)降低,严重制约作物丰收增产,尤其进一步激化缺水地区的农业用水供需矛盾。合理的土壤耕作是有效的解决途径,为此在黄淮海北部引入了粉垄这种新型深土耕作措施。以旋耕和深松为对照,设置了粉垄30 cm、粉垄50 cm、粉垄30 cm+地膜、粉垄50 cm+地膜、粉垄30 cm裸地、粉垄50 cm裸地等共8个处理,探讨不同耕作措施对土壤水分变化过程及WUE的影响。基于土壤湿度等值线图、土壤贮水消耗和WUE的分析可知,(1)与旋耕和深松相比,粉垄耕作后的耕层疏松深厚、土壤调蓄水分能力增强、总耗水量降低、WUE提高,其中粉垄各处理的总耗水量比旋耕和深松分别减少了12.2%—16.4%、10.2%—14.5%,产量WUE则分别提高了28.3%—50.6%、19.1%—39.7%;(2)粉垄的作业深度越深越利于降雨入渗和土壤水分调蓄,但总耗水量有所增加,WUE略有下降,其中总耗水量增加了5.0%,小喇叭口期和灌浆中期的叶片WUE分别下降1.6%和1.0%,产量WUE降低2.1%;(3)粉垄后覆膜克服了表土跑墒的缺点,减少了耗水量,进一步提高了土壤调蓄水分的能力和WUE,且作业深度越深,WUE提升越多,其中粉垄30 cm+地膜、粉垄50cm+地膜的产量WUE分别比粉垄30 cm、粉垄50 cm提高了8.5%和17.3%,粉垄50 cm+地膜的小喇叭口期和灌浆中期的叶片WUE以及产量WUE分别比粉垄30 cm+地膜提高了8.3%、7.4%和5.9%。研究结果表明,这种新型耕作措施为打破犁底层、解决耕层变浅、提高水分利用效率提供了一种新的可行方法。

总水势在SPAC系统水分运移定量计算中的应用分析

依据物理学基本原理,分析了以能量观点为基础的总水势,得出其包括机械能和热能两种能量形式,这两种能量形式分别是水分机械运动和热运动的驱动力。据此将SPAC系统水分运移各个环节按照物理学原理进行了分解和归类,并根据各物理过程发生的规律确定了每个环节水分运移的驱动力本质,为总水势应用于SPAC系统水分运移定量计算理清了思路。

鄱阳湖典型洲滩湿地水分补排关系

湿地水分在地下水含水层-土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键.数值模型模拟已成为水分运移研究的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于湿地水分运移研究的案例仍不多见.本文以鄱阳湖典型湿地为研究区,构建垂向一维数值模型,阐释了湖泊水位显著季节性变化条件下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系.结果表明:(1)界面水分通量季节性差异大,降雨入渗地面和根系层水分渗漏均对降雨变化响应敏感,主要集中在4—6月,分别占年总量(1450和1053 mm)的65%和73%.土面蒸发和植物蒸腾年总量为176和926 mm,土面蒸发主要受气候条件影响,植物蒸腾还与植物生长特征有关,均集中在7—8月,分别占年总量的30%和47%.深层土壤向浅层根系层的水分补给集中发生在地下水浅埋时段6—8月,占年总量(609 mm)的76%;(2)湿地植物根系层水分补排受鄱阳湖水位季节性波动影响显著.除丰水期(7—9月)主要补给为深层土壤水外,退、枯、涨水期的主要补给均为降水入渗.涨水期(4—6月)和枯水期(12—3月)的主要排泄为根系层水分渗漏,丰水期以植物蒸腾排泄为主,退水期(10—11月),土面蒸发与植物蒸腾为主要排泄,且比重相当.本文定量了鄱阳湖典型湿地不同界面水分连续交换关系,区分了土面蒸发和植物蒸腾,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统地下水含水层-土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示湖泊水情变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考.

土壤一维垂直入渗过程的类型与特性研究

以大量的大田土壤水分入渗试验资料为依据,分析了农业生产周期内耕作土壤一维垂直入渗过程的类型、特性及各自的成因,并对照实际生产过程分析了各类型入渗过程对应的土壤条件。结果表明,在以年为周期的农业生产期间,大田土壤入渗过程大致分为3种类型,即:肥胖型、渐变型和扁平型;不同类型的入渗过程与不同的农业生产阶段和土壤理化条件相对应。在不同的农业生产阶段,表层土壤结构、大孔隙数量、通透性等引起其水力传导度的变化,进而导致了入渗过程和类型的不同。

容重对铁尾矿水分运移特征的影响

[目的]探究紧实度对铁尾矿水分运移特性的影响,为铁矿区水土保持及植被恢复提供科学依据。[方法]采用室内一维土柱试验和张力计法,分别测定1.50,1.55,1.60,1.65,1.70g/cm^3这5个容重水平下的入渗过程及水分特征曲线。[结果](1)随着容重增加,铁尾矿入渗能力降低,容重与稳渗率、湿润峰距离、累积入渗量呈显著线性负相关关系(p<0.05);(2)铁尾矿剖面水分含量随土层深度的增加而下降,1.50～1.60g/cm^3含水量在不同深度上分层明显,1.65和1.70g/cm^3尾矿砂剖面含水量分异性较小;(3)Green-Ampt模型拟合铁尾饱和导水率与实测值相关系数为0.886,计算精度较高,Kostiakov模型拟合不同容重铁尾矿入渗过程效果最佳(R^2=0.989);(4)铁尾矿在脱湿过程中,高容重下持水能力明显下降,1.60g/cm^3持水保水性最好,van Genuchten模型拟合水分特征曲线表明,饱和含水率(θ_s)、残余含水率(θ_r)、进气值(α)、形状系数(n)等参数随容重增大而减小。[结论]高度压实严重抑制铁尾矿水分入渗和持水能力,因此复垦修复中应以疏松尾矿基质改善结构特性为主。

果树微润灌溉条件下土壤水分变化特征试验研究

以经果林木为对象,引进微润灌溉技术产品,建立试验区。开展桃树微润灌溉条件下,水分入渗过程及土壤水变化特征试验研究。试验结果表明:1个微型水库可形成水平60cm纵向80cm的湿润体,2个时水平湿润范围可达120cm;微型圈湿润范围水平40cm纵向50cm;稳定2m水头时,微型水库湿润体达到水平40cm纵向70cm需要15d左右;微型圈湿润纵向60cm土层需要20d;不同微润灌给水器均能使各土层土壤水分保持在田间持水率上下,为植物根系提供较好土壤水分环境,并有效减少作物棵间蒸发及无效耗水,提高灌溉水利用效率。

一种卷烟厂修正烟丝烘丝后水分散失量的方法探析

卷烟厂制丝线质量人员通过回归分析、线性拟合图等基础工具,构建了一个烘丝后水分、温度简易控制模型,探索出了一套控制烘丝后水分散失量的基本方法。

浅地下水埋深区潜水对SPAC系统作用初步研究

在地下水埋深较浅的地区，潜水参与和影响了ＳＰＡＣ系统的水分、生物、化学等过程．禹城综合试验站和南通农水科研站试验结果表明，潜水对土壤－植物－大气连续体的水分过程和生物过程都有着显著的作用．禹城试区１９９８年玉米灌浆期腾发量的１５６９％是由地下水蒸发“贡献”的；南通农水站试验表明，潜水通过控制土壤水分分布影响冬小麦根系发育和冬小麦产量，统计结果显示：对于冬小麦，在没有灌溉的条件下，存在着一个最优地下水位埋深，约在１５ｍ左右．研究成果对于深入分析水系统水分运移规律和充分利用地下水、制定合理的节水灌溉方案以及通过控制地下水对农作物生长进行调控等有着一定的理论价值和生产意义．

浅埋条件下地下水对人工草地SPAC系统影响初探

在地下水埋深较浅的地区,潜水参与和影响了SPAC系统的水分、生物、化学等过程。试验结果表明,潜水对土壤-植物-大气连续体的水分过程和生物过程都有影响。潜水通过控制土壤水分进而影响土壤水势、苜蓿叶水势,从而影响苜蓿的生育过程,最终影响苜蓿的产量。结果显示:对于紫花苜蓿,在没有灌溉的条件下,其根区土壤水分、土水势、叶水势和叶面积指数、株高等生理指标与充分灌溉的差异不显著。研究成果对于深入分析SPAC系统水分运移规律和充分利用地下水、制定合理的节水灌溉方案以及通过控制地下水对农作物生长进行调控等有着一定的理论价值和生产意义。

水分胁迫对冬小麦叶片水分生理生态过程的影响

在不同的土壤水分条件下对冬小麦叶片水分生理因子进行了连续的测定 ,结果表明水分胁迫使作物光合、蒸腾的日变化进程提前 ,上午胁迫处理作物气孔导度大于非胁迫处理作物的气孔导度 ,这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分 ;蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感 ,更易受气孔调节的影响。在不同的生育期 ,作物气孔阻力与 0～ 40cm土层的土壤含水量相关性最大 ,可用二次曲线来拟合 ,0～ 40cm土层土壤含水量在 0 .2 5m3 m-3左右时 ,气孔开度最大 ,此时气孔阻力为最小。

水分再分布过程中指流特性及影响因素的实验研究

水分在土壤中的运移过程可分为土体表面存在水分供给的入渗过程和水分供给结束后水分在土体中的再分布过程两个阶段。指流作为一种优先流,区别于大孔隙流和漏斗流。国外已有研究指出,指流可以在充分供水结束后的土壤水分再分布过程中出现。然而,目前国内对指流的研究极少,对其认识和理解也相当缺乏。由此,本文采用石英砂介质对其进行了实验验证,分析了水分再分布过程中指流的特性;同时探讨了前期供水量、实验土箱尺寸、溶液浓度等因素对其发育的影响。研究结果表明,水分再分布过程中,均匀砂质土体中易于出现指流;前期供水量的多少对随后水分再分布过程中指流发育的最终形态影响不大,但能够对指流发育进程产生明显的影响;实验土箱较小时,可使原来指流发生比较明显的土体系统呈现出稳定形态;增大单一溶液的浓度对指流发育有着明显的促进作用,但其指流现象较采用自来水的处理为弱。

1999年夏季江淮地区热源和水汽汇时空变化特征

利用１９９９年的ＮＣＡＲ再分析网格点风场、温度场、湿度场及含ＨＵＢＥＸ试验加密观测的降水资料等，诊断分析了夏季长江流域梅雨暴雨集中期及其前后江淮地区的大气热源、水汽汇的时空分布及多时间尺度特征。

食品减压冷藏传热传质模拟研究

通过分析食品在减压冷藏中表面和内部的传热、传质机理 ,并对其非稳态冷却和水分扩散过程进行数学建模 ,用数值计算方法模拟食品冷藏过程中水分和温度变化。实验验证了减压冷藏的部分优点 ,并通过测量食品温度变化和失水量 ,证明了理论模拟和实际传热、传质过程比较符合。可以根据理论模拟的结果设定减压冷藏过程中贮藏环境状态变量和控制条件 。

卷烟厂制丝质量数据分析及预测方法的探析

卷烟厂制丝线质量人员通过探索各工序数据对应关系,总结了一套适应制丝线的数据分析及预测方法,并制定了相应的分析制度,大幅提高了质量数据纠偏能力,保障了产品批次间的稳定性。

荒漠草原区人工柠条林土壤水分周年动态变化

水分承载力是干旱半干旱区植被重建的重大科学问题之一。在9、16、26年生人工柠条林和天然草地（对照）各选择3个重复样地,在其中1个样地中心埋设300 cm深的土壤水分探管,从2012年4月15日—11月15日,用德国IMKO公司生产的TRIME/T3型TDR按每20 cm分层每半月测定一次;基于研究区人工柠条林土壤水分动态周年监测得出的土壤水分变化时间节点,分别在2012年4月底、8月底、10月初、次年3月初和4月底,采用土钻-烘干法对9、16、26年生人工柠条林和天然草地（对照）3个重复样地0～200 cm土壤水分进行监测。结果表明：（1）人工柠条林和草地的土壤水分的周年节律相同,5—8月为严重失水期,9月是蓄水期,10月至次年2月属于微弱失水期,3—4月失水量开始加速。（2）草地与人工柠条林之间的土壤水分差异并不显著,人工柠条林各林龄之间的土壤水分差异显著。（3）各种植被的土壤水分周年闭合差均出现亏缺。26年生柠条林的土壤水分亏缺最小,反映了其自我调整、适应环境、寻求新平衡的过程。（4）荒漠草原区土壤水分主要受降水分配、土壤性状等环境因子和植物根系分布显著影响,环境因子在土壤水分中的主导作用更明显。

蒋家沟泥石流激发土壤水分条件的模拟与分析

土壤水分状况是形成泥石流的关键性水文因素之一。本文以蒋家沟为研究对象,基于水分的物理循环过程并与半分布式水文分布模型TOPMODEL相结合,建立起土壤湿度逐日变化模拟模型。研究表明,流域的平均饱和度是土壤水分条件评估的较好的指标,结合蒋家沟流域2001年暴发的17场次的泥石流事件得到以下一些结论:(1)前期降水主要积累在地表以下约90cm土壤中;(2)65%的流域平均饱和度值是判断激发泥石流的前期土壤水分条件的临界值;(3)2001年蒋家沟流域暴发的17场次的泥石流中,以土体饱和启动为主要类型。本文所构造的模型能够比较好地模拟出流域内土壤湿度逐日变化情况并对激发泥石流的土壤水分条件作出适当的评估。