基于改进White方法的地下水蒸散发研究

在依赖地下水的植被广泛分布的干旱半干旱地区,蒸散发是地下水排泄的主要方式,因而准确计算地下水蒸散发量,对地下水资源评价具有重要意义。目前水量残差法、地下水极限埋深法和地下水水位日动态法可以用于计算地下水蒸散发量,由于地下水动态信息容易获取,长期以来得到广泛关注。分析了利用地下水动态信息的White方法在计算地下水净补给量方面的不足之处,提出了改进的White方法,即利用相邻两天地下水位上升段的平均斜率计算地下水的净补给量,并利用数值模拟方法对改进的White方法的计算精度进行了评价,表明改进后的方法较原始方法精度提高了16%。最后利用苏贝淖流域实测的地下水动态数据,采用改进的White方法计算了地下水蒸散发量。研究成果对干旱区水资源可持续开发利用具有一定的科学意义和应用价值。     

环境因素对毛乌素沙地旱柳树干液流的影响分析

在干旱-半干旱地区,研究植物的耗水特征及与气象因子、地下水水位的关系对水资源合理开发利用和生态环境保护具有重要的意义。采用原位监测方法,对气象、树干液流、土壤含水率和地下水水位进行了观测,研究了毛乌素沙地广泛分布及与地下水关系密切的旱柳与气象因子、土壤含水率以及地下水水位的关系。研究表明:水汽压亏缺和潜在蒸散发是控制旱柳耗水最重要的气象因素;研究期内,土壤含水率对旱柳耗水的影响较小;旱柳的耗水与地下水具有密切的关系,随着水位埋深的增大,旱柳的耗水先增大后减小,在水位埋深1.25 m处达到最大。利用地下水的昼夜波动计算了地下水的蒸散发消耗量,发现旱柳的用水与地下水的蒸散发消耗量具有一定的相关性,表明地下水是旱柳重要的用水水源。     

三连圩泾流实验区地下水计算参数的分析

利用安徽省三连圩径流实验站浅层地下水实测资料,经过统计分析与成因分析,得出了包括降雨入渗补给系数、潜水蒸散发系数、地下水给水度等重要地下水计算参数,通过均衡计算,检验各参数的精度及有效性,为进一步研究沿江圩区地下水运动规律、地下水资源开发利用打下基础。     

三连圩径流实验区地下水计算参数的分析

利用安徽省三连圩径流实验站浅层地下水实测资料,经过统计分析与成因分析,得出了包括降雨入渗补给系数、潜水蒸散发系数、地下水给水度等重要地下水计算参数,通过均衡计算,检验各参数的精度及有效性,为进一步研究沿江圩区地下水运动规律、地下水资源开发利用打下了基础.     

典型岩溶区潜在蒸散发变化及其影响因素

蒸散发过程是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。岩溶区,地表生态环境脆弱,对气候变化响应敏感,蒸散发可能是联系大气、水、热交换和碳循环的关键生态水文过程。准确地估算蒸散发对于深入研究岩溶水循环响应气候变化、碳循环、生态修复等具有重要作用。本文选择典型岩溶区桂林市为研究对象,基于1951~2015年桂林市气象站逐日气象数据,采用Penman- Monterith方法计算了潜在蒸散发量,利用Mann- Kendall非参数检验法和相关性分析研究桂林市潜在蒸散发的变化趋势及其影响因素。研究结果表明,桂林市潜在蒸散发具有明显的年、年际和季节尺度变化特征。1951~2015年桂林市潜在蒸散发呈显著的减小趋势,变化速率为-8. 02 mm/10a;夏季、秋季和冬季潜在蒸散发呈下降趋势,而春季呈微弱的上升趋势;夏季潜在蒸散发的显著减小是影响年蒸散发下降的主要原因;桂林市潜在蒸散发在1967和2003年左右发生突变;通过Mann- Kendall趋势检验和相关性分析得出,桂林市平均气温、最高、最低气温呈显著的上升趋势,而风速、相对湿度、日照时数呈显著的下降趋势;日照时数是影响桂林市潜在蒸散发变化的主要因素,其次是风速。     

基于能量平衡的蒸散发遥感反演模型研究

提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型。采用经验、半经验公式反演计算了模型中各参数。利用提出的净辐射折算系数、波文比,结合Sequin和Itier理论推导了日蒸散发量计算的经验模型,并考虑了温度对瞬时蒸散发量的的影响,提高了全天蒸散发量计算的精度。对于不同地区只要调整净辐射折算系数便可解决由蒸散发瞬时值求算全天值的困难。通过对黑龙江省进行数值试验,证明该模型具有很强的实用性,并且可为旱情监测系统运行提供依据。     

基于实测资料对日蒸散发估算模型的比较

利用设置于江西省南昌县的新型高精度自动蒸渗仪,于2007年9月1日至2008年8月31日的实测陆面实际蒸散发过程,检验了面蒸散发互补关系模型CRAE (Complementary Relationship Areal Evapotranspiration)、GG模型 (Granger-Gray)、平流-干旱模型AA (Advection-Aridity)3个逐日路面实际蒸散发模型在不同时间尺度上的计算精度,并对计算误差的影响因素进行了讨论.结果表明:该地区实测年蒸散发量为746.1 mm,采用各模型的推荐经验参数对该地区蒸散发的估算结果误差较大,普遍干旱条件下蒸散发的计算值比观测值偏小,而湿润条件下的计算值偏大.通过对各模型的经验参数进行调整,各模型对年蒸散发量的计算精度大为提高,但逐日蒸散发过程的计算精度改进效果有限,在7日的时间尺度上,计算结果显著优于逐日的计算结果,在此时间尺度下,AA模型仍存在一定的系统误差,CRAE模型的估算精度相对较差,GG模型的总体计算效果相对最好.根据与蒸渗仪观测结果的对比分析,根据区域特征进行参数调整后的模型,需要在7日及更长时间尺度上,蒸散发模型的估算结果较为可靠.上述研究对全面认识陆面实际蒸散发特征、理解各蒸散发模型在不同时间尺度上的模拟能力、正确认识气候变化条件下的水循环特征具有重要意义.     

河南濮阳市傍河水源地地下水资源评价

为摸清河南濮阳市傍河水源地浅层地下水资源状况,对地下水资源总量进行计算和评价。结果表明,利用水均衡法计算区内地下水补给量为6.122×10~4m~3/d,排泄量为6.126×10~4m~3/d,排泄量略大于补给量,均衡差为0.004×10~4m~3/d,计算水位与实测水位基本接近,表明计算所选参数比较合理,计算的补给量和排泄量比较可靠;采用数值法计算和评价新增水源地允许开采量,水源地地下水补给量与排泄量基本平衡,水位达到稳定状态,水位降深在约定范围之内,说明水源地设计新增1.6×10~4m~3/d是可靠的。     

库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响

三峡水库正常蓄水后, 库水位在175~145m之间周期性波动, 滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变, 可能导致滑坡失稳.因此, 研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例, 利用有限元数值计算了库水位在175~145m之间波动下地下水渗流场, 将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析, 探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明: 多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线; 库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大, 库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小; 无论是库水位上升还是下降到库水位155m时, 其稳定性系数最小; 同一库水位下, 库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.      

潜在蒸散发量计算公式在贵州省适用性分析

利用贵州省18个气象站1961~2001年逐日气象资料,采用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散发量,对以辐射和气温为基础的简化公式参数进行率定,对比分析不同计算公式推求的潜在蒸散发量之间的差异以及用于气候变化情景下预测适用程度。结果表明,各种潜在蒸散发量公式经参数率定后计算的多年平均蒸散发量相近,但变化趋势存在较大差异。与考虑综合气象因子对潜在蒸散发影响的Penman-Monteith公式计算结果相比,以辐射为基础的蒸散发公式在该地区的适用性较好,以气温为基础的蒸散发公式用于气候变化情景下潜在蒸散发量预测,结果偏大。     

消除气压效应估算黄土潜水的蒸发蒸腾强度

潜水蒸发蒸腾（ET_g）是干旱半干旱地区浅埋深地下水最主要的排泄方式,也是地下水系统中重要的均衡项。如果存在气压效应,用于估算地下水蒸发蒸腾强度的传统水位波动法则不适用。以黄土潜水为例,提出了一种基于水位变化和大气压变化规律的水位图方法,用于消除气压效应以获取潜水蒸发蒸腾强度。研究表明,大气压变化通常在午夜前,一般为22:00—24:00,会出现一个峰值,该时间段气压效应可以忽略,而且潜水蒸发蒸腾强度最小,此时潜水位的变化速率相当于净补给速率;在获取潜水净补给强度后,选择第二个时间段,0:00—4:00,此时潜水蒸发蒸腾强度最小,且气压一般处于连续下降阶段,可以用来估算气压效应系数。在此基础上,可利用水位均衡和水位波动法方便地估算潜水蒸发蒸腾强度。该方法数据获取容易,估算结果也较为准确。     

太行山山前平原地下水补给规律分析:以河北栾城为例

采用水均衡法与通量法对太行山山前平原(河北栾城)进行了地下水补给评价,结果表明:近20 a地下水入渗补给量为8～172mm/a(水均衡法),平均值49.3 mm/a,变化幅度大.其中2004年入渗补给量(63mm/a)比采用通量法计算结果(28.2mm/a)大一倍,表明土壤优先流对入渗补给作用显著.年入渗补给量总体上随有效降雨量增加、地下水位下降速率减少、作物实际蒸发蒸腾量减少而增加,但与有效灌溉量和灌溉量之和的相关性不显著.通过长序列地下水位与灌溉量等数据估算得到研究区侧向净补给量为125.2 mm/a,约占地下水总补给量的71.7％(175.4 mm/a),说明地下水主要以侧向补给为主.同时计算了入渗补给与侧向补给地下水的延迟时间,分别为60 a和1个月.     

玛纳斯河流域山前平原区蒸散发时空异质性分析

玛纳斯河流域气候干燥、蒸发强烈,准确估算蒸散发量对地下水资源评价及生态环境保护具有重要指导意义。以往蒸散发研究空间分辨率较低,已不能满足各水文地质分区景观格局演变引起的蒸散发细部变化研究,针对以往不足,文章基于SEBAL模型利用Landsat系列影像估算了近30年来玛纳斯河流域山前平原区蒸散发,并进一步探讨不同水文地质分区蒸散发时空分布特征及影响因素。结果表明,蒸散量空间分布按照水文地质分区呈现明显带状性,各水文地质分区日蒸散总量表现为戈壁带<荒漠带<绿洲带,时间尺度上全区蒸散总量呈上升趋势,且增大幅度逐渐变缓,各分区呈现绿洲带蒸散总量递增、戈壁带及荒漠带蒸散总量先减小后增大,各分区蒸散总量变化趋势是由各分区主地物类型蒸散量变化控制;通过对影响因素的分析可知日蒸散发量随气温的升高而升高,各地物日均蒸散发量与全区平均气温变化趋势一致;归一化植被指数与日蒸散发量在戈壁带与绿洲带呈现较好的正相关关系;地下水位埋深与日蒸散发量在绿洲带呈负相关,当地下水位埋深大于5. 5 m时,日蒸散发量趋于稳定。     

基于能量平衡原理的潜在蒸散发模型构建

为深入探索气候变化背景下更为精确的潜在蒸散发计算方法, 在淮北平原五道沟水文水资源实验站开展了3组小型蒸渗仪试验, 通过结合平流运动动力项并引入地表净辐射修正参数, 基于能量平衡原理提出一种新的潜在蒸散发模型。结果表明: ① 3组蒸渗仪实测数据中, 2组不同加水方式下的草地覆被蒸散发相关性较好(R=0.95);②新的潜在蒸散发模型在有草地覆被的2组试验中模拟结果的纳什效率系数(E_NS=0.85)和均方根误差(E_RMS=0.83)均优于现有Penman系列等经验方法; ③模型更适用于有草地覆被条件下的蒸散发估算, 在淮北平原地区具有较强的适用性与优势。该模型能够提高区域潜在蒸散发模拟精度, 为流域水循环过程模拟及水资源利用提供科学参考。     

蒸散发水源组成与测定方法研究进展

地表蒸散发是地下水-地表水-土壤-植物-大气连续体（GSSPAC）中水分和能量传输的纽带,也是研究陆面水量平衡的关键环节。受气象条件、地质地貌、水文地质条件和人类活动的影响,蒸散发过程机理复杂、时空变异性大,是目前水循环研究的热点之一。在大量文献调研的基础上,本文综合分析了国内外学者围绕蒸散发水源组成和测定方法方面取得的研究成果,得到以下认识:（1）蒸散发的水分来源及其组成逐渐明确,地表水（河流、湖泊等）、土壤水、地下水和植被截留的水分是蒸散发主要的水分来源;（2）蒸散发测定方法可分为水文学方法、植物生理学方法、微气象学方法和同位素方法等,这些方法在研究蒸散发过程和驱动机制等方面具有优势;（3）不同蒸散发测定方法适用的时空尺度不同,可以综合多种测定方法获取更为可靠的蒸散发数据。根据蒸散发测定研究的现状,下一步应该加强GSSPAC系统中水分运移耦合机制的研究,并加强多学科交叉研究,进一步厘清水分、能量和物质循环和流动的相互作用机制。另外,通过不同气候和地貌单元上监测网络的建设,可以获取多重影响因素交互下的蒸散发变化规律与基础数据,以期为大尺度、精细化蒸散发研究提供支撑。     

淄博市大武水源地地下水水位总体预测

本文采用水均衡法对淄博市大武水源地地下水位变动进行研究，并对降水量与人渗补给量的关系以及平均给水度随地下水位的变化关系进行了分析。通过历史资料的验证，表明本文所建立的水均衡模型对于地下水位变动的预测是可靠的，而且简单可行，随后根据不同的地下水开采量等对未来地下水位的变动趋势进行了预测。     

浅埋深地下水作用下苏打盐渍土水分动态变化特征

文章利用野外试验设施分别把地下水埋深控制在1.0,1.4,1.8,2.2和2.5m,研究在不同地下水埋深作用下苏打盐渍土土壤水分平衡和水分动态变化。同时,跟踪在地下水位不断波动条件下田间土壤水分的动态变化。结果表明:地下水埋深在1.0~2.5m时,苏打盐渍土土壤水和地下水的转化关系非常微弱,仅在长期干旱的条件下发生微量地下水毛细上升量;降雨和蒸散作用对苏打盐渍土体积含水量的影响深度不超过40cm,埋深大于1.0m的潜水对0~80cm深度苏打盐渍土体积含水量变化没有明显影响。     

地质统计学方法在地下水水位估值中应用

对于许多区域水资源或水环境问题,地下水水流模拟往往要采用数值方法,需给出每个节点上初始水位值,以反映流场的初始状态。另外,地下水水位动态长期监测分析,需由观测点水位估计任一点的水位。文中阐述了地下水水位估值的地质统计学方法－泛克立格法原理,以河南省焦作市修武段地下水数值模拟分析区为例,分析了用一次、二次漂移的泛克立格方法模拟地下水初始流场的估值情况和对真实流场特征的反映情况。指出在进行区域地下水位     

宁夏沿黄经济区蒸散量变化特征及水均衡方法验证

在干旱的内陆地区,蒸散是地表水和地下水主要的排泄方式之一,准确估算地表蒸散量为干旱区水资源合理开发利用、生态环境保护提供理论依据。基于MODIS遥感数据,应用SEBS模型估算了宁夏沿黄经济区2001—2014年的区域蒸散量,分析了其影响因素,并应用水均衡原理对蒸散量计算结果的可靠性进行了验证。结果表明:沿黄经济区的年蒸散量在2001—2014年间总体上是逐渐增加的,从2001年的434.27 mm增加为2014年的517.82 mm;研究区主要的蒸散量为耕地蒸散量,农业占据了全区近2/3的耗水量;SEBS模型与水均衡原理计算的蒸散量结果吻合度较高,很好地验证了SEBS模型计算区域地表蒸散量的可靠性。