半干旱地区地表-地下水系统水热运移与裸土蒸发研究

地表-地下水系统水、热迁移转化与裸土蒸发机理研究对于水量平衡以及地表能量转化具有重要意义。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区为研究区,基于原位蒸渗仪长期观测,结合数值模拟,选择2种地下水位初始埋深分别为80 cm(浅埋深)和290 cm(深埋深)的情景,研究了变饱和带水热迁移转化的动力学过程以及对裸土蒸发的影响。结果表明:变饱和带土壤水的运动规律受水头梯度和温度梯度的共同驱动,且在不同水位埋深条件下呈现不同的运动方式;浅埋深条件下,受水头梯度的作用,土壤的毛细上升高度能够到达地表,蒸发条件下土壤水在毛细力驱动下向上运移,土壤内部不存在零通量面,温度对水分运动的影响较小,发现当地下水位埋深小于毛细上升高度时,地下水在毛细力作用下直接贡献土壤蒸发;深埋深条件下,水头和温度是土壤水运动过程的关键因素,位于地表以下18 cm以浅土壤内部出现孤立的零通量面,阻止了土壤水的向上运移,导致蒸发量减小。当地下水位埋深大于毛细上升高度的1.6倍时,地下水不再直接参与土壤蒸发,但会间接地影响包气带的水分转化;因此模拟期间浅埋深的裸土累积蒸发量约为深埋深累积蒸发量的4倍。

裸土蒸发的微型蒸渗仪测定及其影响因素

为探究淮北平原砂姜黑土区冬小麦-夏玉米轮作期间裸土蒸发特征及影响因素。于2018年在宿州市轮作区采用4种不同封底规格微型蒸渗仪(ML)开展土壤蒸发测定,并基于Pearson相关分析探究不同驱动要素对裸土蒸发的影响差异。结果表明:①双纱封底处理条件下,土壤蒸发量与气温、地温在总体上均呈现正相关,且地温的相关性比气温的好;②四纱封底处理下,地温与土壤蒸发的正相关性较好;③气象因素对土壤蒸发的影响为地温>气温>地表含水量>气压>潜在蒸发量>平均风速>相对湿度;④部分气象因素对土壤蒸发没有产生明显影响,但是微型蒸渗仪不同封底的处理对土壤蒸发的影响达到了显著性水平,且蒸发量表现出单纱封底处理>双纱封底处理>四纱封底处理>密封底处理。

用水量平衡法测定裸土蒸发实验研究

本文系统地介绍了实验仪器的设计原理与结构，性能特点，并根据已收订的３年系列资料，对实验成果进行了综合分析，分析成果表明，为研究不同单元植被的土壤蒸发实验开壁了新的途径。

基于野外观测与能量守恒原理分析饱和裸土与水面蒸发量的差异

准确计算裸土蒸发量对研究旱区地下水文循环过程具有重要意义。潜在蒸发量是计算裸土实际蒸发量的重要指标,由于饱和裸土蒸发量(PE_(s))难以获取,因此常用水面蒸发量(PE_(w))替代,但该方法的有效性有待验证。本研究基于蒸渗仪实测蒸发量、气象要素等野外观测数据,对比了2种饱和砂土与水面蒸发量昼夜变化特征及其差异。实测结果表明,年内平均饱和裸土蒸发量大于水面蒸发量;春夏两季蒸发强烈,两者差异最为显著;在天尺度上,水面蒸发量曲线滞后于饱和裸土。有效能量(R_(n)−G_(s)/N_(w))是决定潜在蒸发量差异的主要因素。与纯水相比,饱和裸土中固相颗粒的存在,削弱了短波辐射的穿透能力,影响净辐射量(R_(n)),并导致土体热容降低,影响土面总热通量(G_(s))。计算结果表明,饱和裸土可用于蒸发的有效能量大于水面(R_(n),s−G_(s)>R_(n),w−N_(w)),因此饱和裸土蒸发量较大;由于饱和裸土剖面升温更快,水体储热变化量(N_(w))曲线滞后于土面总热通量(G_(s)),因此饱和裸土日蒸发量峰值也早于水面出现。该研究为准确计算实际蒸发量、提升地下水资源估测精度提供了理论依据。

使用微型蒸发器测定土壤蒸发的研究进展

对微型蒸发器相关的文献进行综合与分析,并对其应用进行了综述。认为微型蒸发器的材料以热容量高、导热性差的非金属材料为宜;蒸发器口径一般应大于56mm,小于150mm;深度以150～200mm为宜;安装方法还可以进一步改进。合理运用微型蒸发器可以得到更精确的观测结果。

微型蒸发器长度影响土壤蒸发测量值的试验研究

研究使用了不同长度的不锈钢微型蒸发器测定裸土和冬小麦冠层下的土壤蒸发量。目标是考查不同长度蒸发器测定土壤蒸发量的差异性及原因。试验结果显示,在蒸发强度较低的情况下,不同长度的微型蒸发器测定值之间有很好的相关关系,但数值上存在显著的差异,原因可能是不锈钢导热性高所致;在蒸发率较高的情况下,不同长度微型蒸发器的观测值之间有明显差异,主要原因是不同长度引起的供水差异所致。研究认为,50 mm长度的微型蒸发器在蒸发强度不高的情况下,可以适合裸土和植物冠层下土壤蒸发的日观测。但金属材料可能不是制作微型蒸发器的理想材料。

微型蒸发器口径影响土壤蒸发测量值的试验研究

研究使用70、104、152和193 mm四种口径的微型蒸发器测定了室外裸土和室内裸土的土壤蒸发量。目的是考查蒸发器口径对土壤蒸发量测定值的影响。试验结果显示,在供水条件相同的情况下,70 mm口径微型蒸发器的测量值大于其他口径微型蒸发器的测量值,但在遮阴(室内)条件下,口径的影响会降低。原因可能是70 mm口径微型蒸发器受外部环境干扰较大。其他3种微型蒸发器的观测值具有极显著的相关关系,数值上差异也较少。研究认为,微型蒸发器的口径一般应在104 mm以上,但在遮阴(室内)条件下,70 mm口径的蒸发器也是可以满足要求的。

肥料配施对土壤蓄水抗旱性能的影响

田间和室内施肥实验观测结果表明 ,有机肥和氮素化肥配合施用可以显著提高土壤的持水容量 ,并有效地抑制裸土蒸发。连续 4年适量的稻草和化肥氮素配施与单施化肥相比 ,粘盘黄褐土的田间持水量增加 2 0 %左右 ,作物初萎土壤含水量有所降低 ,因而有效水储量增加 ;裸土蒸发过程中 ,在 0～ 8× 10 4 Pa吸力范围内 ,随着土壤含水量降低 ,施有机肥的土壤吸力陡增 ,失去单位数量的水需要做更多的功 ,因而蒸发强度减弱 ,15 d累积蒸发量比单施化肥的土壤减少 2 6 %。秸杆与化学氮肥配合施用 ,可以明显增强土壤的蓄水抗旱机制。

陆面水文过程研究综述

在简单介绍陆面过程模式发展的基础上 ,从裸土蒸发、植被蒸散、土壤水传输、排水和径流等五个方面详细综述了陆面模式研究中对水文过程的参数化。目前陆面参数化方案中仍存在很大的不确定性 ,其中陆面水文过程参数化的关键问题包括 :土壤分层、土层厚度、根带分布 ;参数的代表性和移植 ;观测资料 ;径流的参数化。分析了径流在陆面模式中的重要性 ,及目前陆面模式中对径流参数化存在的不足 ,介绍了部分陆面模式对径流的模拟研究 。