水势理论在四水转化研究中应用时代特征与趋势:纪念ZFP方法引进我国30周年

20世纪80年代零通量面方法在我国应用中解决了"四水"转化研究中参数不确定性带来的问题,发现在降水入渗补给地下水过程中土壤总水势梯度大于1.0cm H2O/cm,且逐渐降低,流入、流出被监测土层的水量相等时土壤总水势梯度趋近于1.0cm H2O/cm。20世纪90年代,利用土壤水势与含水量之间量化关系,指导了农业节水灌溉,提出在灌溉过程中土壤水势梯度等于1.0cm H2O/cm的时间持续愈长,表明过剩灌溉而浪费的水量愈多的认识。进入21世纪以来,水势理论较广泛地用来解决土壤水盐分运移数值模拟与入渗模型中水文地质参数问题和降水入渗土壤水势运移微观机理研究,并发现表聚型、中聚型和底聚型土壤盐分剖面的水动力学特征。通过土壤水动力场调控改变土壤水盐(养分或污染物)运移是未来重要研究方向。

零通量面方法的应用研究

本文分析了零通量面方法的理论基础,总结了多年应用的效果指出研制相应的仪器,改进计算方法,建立零通量面与气象、地下水位等环境要素的关系模式是今后研究的主要方向。

天山北坡平原区零通量面形成发育规律研究

依据新疆地矿局昌吉地下水均衡试验场 1 998～ 2 0 0 0年不同水位埋深粘土试筒 (2 .0m2 或 4 .0m2 )内负压计监测资料 ,得出天山北坡平原区粘土包气带零通量面仅在潜水位埋深≥

零通量面法用于农田蒸发蒸腾量的研究

应用土壤水分零通量面的原理方法,对北京房山节水灌溉区进行了研究。通过土壤水势监测分析,显示了灌区在研究时段内零通量面的性质及其出现的空间位置。用数值方法处理了零通量面随时间变化的情况,计算了监测时段的蒸发蒸腾量,并与大田水量平衡模型法、作物系数-参考作物需水量法进行了比较。

零通量面法计算土壤水分腾发量研究

土壤水分腾发量的确定是土壤水分运动研究的难点问题。擘通量面法是利用零通量面存在时段计算土壤水分腾发量的方法。在计算时段内，根据零通量面发育状态不同可分为零通量面稳定条件下的计算公式和零通量面移动条件下的计算公式。选择不同水位埋深、不同作物类型的土壤剖面对计算公式进行了验证，结果表明，零通量面法计算土壤水分腾发量精度较高，简单易行。本方法适用于计算潜水埋深在3～10m的干旱半干旱的平原地区计算土壤水分腾发量。

南方红壤丘陵区不同土地利用方式土壤水力学性质研究

非饱和导水率是研究土壤水分和溶质运移的重要参数。本论文利用压力膜仪法以及FDR和Watermark(R)granular matrix田间原位测定数据,分别获得室内和田间的水分特征曲线,并利用van Genuchten模型间接推求非饱和导水率。同时,以原位的零通量内排水法直接测得的非饱和导水率作为标准,分析了不同方法所获得的非饱和导水率的异同。研究结果表明:在花生地,压力膜仪法测得的VG曲线参数推求非饱和导水率和实际非饱和导水率相近;而在橘园地由于根系空间分布异质性导致室内与田间所获得非饱和导水率差异性较大。同时直接法测得的非饱和导水率结果也说明在该地区两种不同土地利用方式下水分运动的特征存在差异。

红壤坡地油茶林及自然恢复植被下土壤水势动态变化特征研究

利用野外定位观测数据，研究了红壤坡地油茶林及其自然恢复植被下土壤水势的时空动态变化规律。结果表明，土壤水势及其变异系数随深度的增加而增大，旱季土壤水势低于雨季；再分布过程中土壤水势动态变化主要受降雨量影响，油茶林30～110cm土壤水势变化幅度、变化速度大于同深度恢复区；随着裸地自然恢复成草丛，恢复区土壤水势变化强度较大的层次从0～10，0～20，0～30cm逐渐加深；降雨人渗及再分布过程中零通量面从表层至深层经历了发散与聚合型相互转换的循环过程，表明了不同层次土壤水分的上下交替运移规律；油茶林具有比恢复区复杂的零通量面类型及发生与迁移转变规律。

干旱区非饱和土壤导水率的初步研究

研究土壤水分运动时 ,非饱和土壤导水率是较难确定的参数 ,在干旱内陆区 ,该参数更难确定。本文根据非饱和带土壤水势梯度的特点 ,利用零通量面法原位测参的方法 ,对干旱区非饱和土壤导水率的定量计算进行了初步研究 。

陕西泾阳玉米耗水规律研究

根据玉米地和对照地的平行观测资料，分析了玉米发育过程中的根系吸水情况、作物耗水特点以及水分的供需矛盾。提出了玉米生长发育和产量形成过程中的需水关键期概念，并引入了作物耗水特性系数，客观定量地反映玉米耗水的生理生态特性。

陕西泾阳冬小麦农田土壤水分的动态模拟研究

本文根据农田土壤水分的零通量面确定作物最大吸水深度,提出了泾阳冬小麦较为适用的根系吸水模式。运用温度梯度和水分梯度共同作用下的农田土壤水分运动方程,模拟了1988年泾阳气象站试验田的冬小麦在拔节后期到成熟期这一时段农田土壤含水量的时空变化。与实测值相比,模拟效果较好。

阿瓦提丰收灌区零通量面的形成变化规律研究

以新疆阿瓦提县丰收灌区为例,通过负压计、地下水埋深监测,研究了在干旱内陆河灌区地面灌溉条件下零通量面形成变化规律和田间水的运动转化过程。分析结果表明:灌溉季节开始前,在地表下100 cm处形成稳定、单一的发散型零通量面(ZFP);冬灌后,在同样土层深度形成单一的聚合型ZFP。灌溉季节,头水和第2水期间,最终在地表下100 cm处形成稳定的单一发散型ZFP。第3水至第5水期间,灌水后早期有多个ZFP,晚期ZFP消失,土壤水和地下水的运动表现为地下水补给土壤水的全蒸发型运动状态。

土壤水分动态及防灾减灾分析研究

通过对林地土壤水势和土壤含水量变化规律得出在降雨入渗过程中,土壤水分变化过程是零通量面发散和收敛型的相互转换;土壤含水量和土壤水势变化规律基本相同,林地10～20 cm剖面水分变化受环境影响最显著,属表层急变型;30 cm剖面水分变化相对缓慢为过渡层;50～100 cm剖面水分变化较为一致,含水率也较为接近为稳变层.

甘肃西峰地区麦田蒸散研究

分析了西峰站连续四年的作物发育状况和土壤湿度观测资料，得出了麦田蒸散耗水的基本规律。探讨了影响小麦生长发育和产量形成的关键需水期。提出作物耗水特性系数的概念，并以此评判冬小麦各发育期水分的供需状况，得出两年度冬小麦产量偏低的原因在于拔节—成熟期耗水特性系数明显偏小。建议及时灌孕穗水降低不孕小穗率，灌灌浆水提高小麦千粒重。

等值反磁通瞬变电磁法天线零磁通面位置的确定方法

确定零磁通面几何位置是等值反磁通瞬变电磁法探测系统的关键。为此,提出了一种调零方法:用等值反磁通瞬变电磁仪连续发送固定频率的双极性方波,接收机实时采集接收天线的时间域信号,并使用离散傅里叶变换分别计算出粗调、细调和微调接收天线位置的最小功率谱密度(A1、A2、A3),当A1>A2>A3时,接收天线处于零磁通面。发送20 kHz双极性方波试验的结果表明,当A1>A2>A3时,二次场衰减信号过渡过程得到明显改善。该方法可为高性能等值反磁通瞬变电磁仪器的设计和制造提供参考。

零通量面法在沈阳地区地下水资源评价中的应用

降水对地下水的入渗补给和大气蒸发作用下地下水的消耗是地下水资源的重要组成部分。降水入渗和地下水蒸发这两种作用均是通过包气带进行的。从包气带着手，运用零通量法确定这些量已在实际中得到应用。以沈阳地区为例，针对该区集中频繁降水与蒸发排泄交替进行导致零通量紊乱易变的特点，在对有关问题深入探讨的基础上，对浅层潜水入渗补给量（包括蒸发量）和非饱和渗透系数进行了计算。

基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟

零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量。采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型。研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升。结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化。

对零通量面法测算潜水入渗补给量和地表蒸发量的一点改进

分析了发散型零通量面 ,聚合型零通量面以及它们的组合形式的形成机理 ,定性分析了各种零通面条件下的潜水入渗补给量与地面蒸发量 ,进而详细推导了这两个量计算的理论公式 ,其中包括零通量面位置和潜水水位之一和二者都随时间变化条件下这些前所未见的新公式。这些概念的进一步阐明与理论公式的导出 。

灌水定额对旱区苹果园土壤水盐再分布的影响

以甘肃省秦安县盐渍化苹果园土壤为研究对象,采用大田试验的方法在苹果花期研究了不同灌水定额(0、900、1800、2700、3600 m3.hm-2)对果园0～100 cm土层水盐再分布(10、20、30 d)的影响.结果表明:随着灌水定额的增大,Na+淋溶深度增加,且再分布的滞后效应明显;Ca2+的"零通量面"逐渐消失;Mg2+的"零通量面"面宽逐渐增加;Cl-淋溶迁移方式由波动式变为直线式,蒸发迁移方式由波动式变为阶梯式;SO42-再分布方式呈点穴式;HCO3-再分布累积层位逐渐上移.在地下水位埋藏较深的土壤剖面中部存在一个"盐分零通量面",在水分再分布过程中,"盐分零通量面"的位置逐渐向下移动,体现旱地土壤水分耗竭特征.灌水定额在2700～3600 m3.hm-2时,灌溉有利于土壤剖面0～100 cm土层盐分和水溶性Na+的淋洗;灌水定额在1800 m3.hm-2以下时,灌溉加速了土壤表层盐分的累积.从钠盐淋洗和节水两方面综合考虑,旱区盐渍化果园土壤春季适宜的灌水定额为1800～2700 m3·hm-2.

太行山前平原田间土壤水分运移机理研究

为剖析河北平原种植条件下土壤水分运动时空变化特征,根据典型区2010年全年气象、大田灌溉和负压计监测结果,分析土壤水分运动方式及其形成机理。结果表明:1)研究区土壤水分运动基本类型以蒸发-入渗型为主,但不同季节土壤水分运动方式差异显著,尤以夏季最为复杂;2)降水蒸发、灌溉以及植物根系吸水分别在不同阶段对土壤水分运动起主导作用;3)种植条件下,垂向上剖面动态呈现显著分带性,且灌溉前后土壤水分运动类型呈周期性变化。

越冬期日光温室土壤和空气的热量传导特征

为探求越冬期日光温室内部土壤温度的变化规律以及土壤表面及内部热量传递的日变化规律,以山西省吕梁市离石区日光温室为研究对象,采用整个越冬期对日光温室大棚内土壤温度、空气温度等的跟踪观测数据,用传热学的理论和方法,研究了土壤温度的变化情况以及土壤表面及内部的热流状况。结果表明:(1)室内土壤温度进行着以日为单位的周期性变化,室内表层土壤温度高于深层,室内分层地温对气温变化的响应存在滞后效应,随着土壤深度的增加,温度波的振幅越来越小,由表层到深层温度波振幅分别为5.24、2.83、1.79、0.93、0.76和0.17℃。0.4 m以下的地温基本处于稳定的状态;(2)揭示了土壤热量传递的零通量面的存在,土壤热量以零通量面为界限,分别向上向下传递,零通量面的位置并不是固定的,随时间、随季节都在进行着变化,零通量面的最低位置出现在距地表0.25 m的土壤处,出现的时间为一月中旬早晨8:00左右;(3)计算了土壤通过对流和辐射两种方式的传热量,白天,土壤吸收热量,对流传热和辐射换热对土壤表面吸收热量均有贡献,土壤具有良好的贮热性能,夜间土壤释放热量,主要依靠辐射换热的方式,起到了维持室内温度的作用。