山前平原包气带水分运移塞流的研究

本文根据山前平原深埋区田间观测的含水率和水势资料，对包气带内活塞流的变化特征进行了综合分析，并计算出年入渗通量，认为活塞流的提出和研究，为解决下渗速度问题开辟了途径。     

浅层包气带水汽昼夜运移规律及其数值模拟研究

西北干旱、半干旱地区,浅层包气带水分通量主要由水汽组成,而水汽在运移过程中产生的能量转换和质量迁移是地表质能平衡计算不可缺少的重要源汇项。在野外进行一个沙坑实验,发现土壤水在中午(12:00—15:00)达到最大值(10cm深度,5.9~6.1cm3/cm3;30cm深度,11.9~13.1cm3/cm3),而在凌晨(02:00—05:00)出现最小值(10cm深度,4.4~4.5cm3/cm3;30cm深度,10.4~10.8cm3/cm3)。为进一步验证该实验条件下的土壤水运移及分布规律,考虑了土壤水、汽、热耦合运移的HYDRUS-1D模型被用来对实验过程进行模拟,模拟结果与实测结果吻合较好。为描述土壤水分昼夜运移模式,笔者将土壤水耦合运移的时间信息和空间信息进行同步分析;并根据土壤水运移的不同驱动力,分别对温度梯度、基质势梯度作用下的液态水及汽态水通量进行了分析。     

土壤包气带中气体对入渗水流运动影响的实验研究

利用专门的实验系统,研究了降雨入渗过程中土壤包气中气压势形成、发展和消亡的规律及其对下渗水流运动的影响。结合成因分析,探讨了气压势形成的条件;审视和解释了气压势与土壤水总势能和地下水位的相互关系。实验结果表明,在地下水位埋深较浅的条件下(<2m),积水入渗时所形成的气压势将使下渗量减少1/3。     

包气带水研究方向浅议

包气带水是地球水体的重要组成部分.研究包气带水的形成及运动规律不仅对阐明地下水的形成具有重要意义,而且是实现农业节水的关键.本文在阐述包气带水特征的基础上,指出了包气带水研究方向:一是包气带中土壤水的调控研究,二是水-气二相流数值模拟研究.     

洛河冲积平原包气带对入渗水污染物净化能力研究

包气带是地下水补给和地下水污染的主要通道,包气带的性质直接控制了地下水的污染化速度和程度。文章以洛阳市区洛河河床岩性(以砂砾石为主)以及由亚粘土、亚砂土、中细砂等介质构成的包气带为研究对象,分析河床和包气带对污染物的自净能力,并对其天然的自净机制进行了简要分析,结论如下:洛河河床岩性对各种污染物(NO3-除外)的净化能力均达到90%以上;亚粘土、亚砂土、中细砂等包气带介质层对重金属(Cu2+等)有很强的净化能力,而对Cl-、Cr6+的净化能力则较弱,在短时间内介质中就达到饱和而失去净化能力;在环境条件相近及水文地质条件基本相同的条件下,包气带厚度与地下水的污染程度呈负相关关系;污水经过包气带,能有效地去除污水中的有害物质,防止地下水污染。 更多还原     

土壤包气带土体无机氮的吸附与微生物作用影响试验方法

文章通过河北平原山前地区包气带土体的氮素循环及硝酸盐污染地下水的过程,对包气带土体与微生物细菌对三氮的运移转化作用进行了实验研究,介绍了用于溶质运移的预测与准确估算进入地下水的氮素含量求其参数的实验方法及特点.     

延吉市地下水系统污染现状及包气带自净规律试验研究

对延吉市地下水系统中的污染组分进行了现状分析，得到了4种污染组分的自净规律，同时分析了主要的影响因素，为延吉市的水资源开发利用提供了依据。     

浅层包气带地温与含水量昼夜动态的实验研究

西北荒漠化地区,包气带中的水分除来自大气降水外,还来自凝结水。凝结水对维持荒漠地区的植被生态环境起到至关重要的作用,而凝结水的形成机制又反映在包气带地温与含水量的昼夜动态过程中。文中报告了室外沙坑浅层包气带地温与含水量观测的实验结果。土壤含水量变化采用原位测试的方法观测,避免了传统称重法产生的干扰和不确定性。实验中对深度0~30cm范围的土壤温度进行了高密度观测。结果表明,温度梯度对水汽的运移起到主控作用,温度梯度方向向下,土壤含水量增加,反之,含水量减少。通过热传导方程对土壤中的传热过程进行分析,得到傅立叶级数表示的温度波方程,用于预测不同深度土壤响应地表条件而产生的温度变化。实验中还对近地表微气象以及土壤负压等因素进行了观测。     

试验模拟包气带CO2变化及对水化学的影响

包气带作为参与碳循环的重要场所,CO2起到重要作用。利用土柱模拟不同条件下包气带CO2含量变化及水化学成分变化。研究发现:不同条件下土柱内CO2存在明显差异,均随着深度增加CO2含量增加;CO2含量植被组大于无植被组。随着降水不断入渗包气带,CO2含量不断增加。植被存在时,增加幅度略大于无植被组,且降水后期杀菌组包气带CO2增加幅度达一百倍。降水后pH值降低,Ca^2+、Mg^2+离子浓度增大,NO3^-、Cl^-、SO42-离子含量也出现一定程度的增加。植被、微生物和降水均可影响包气带中CO2含量,且包气带CO2在降水与地下水转化过程中起到重要作用。     

黄土高原关键带全剖面土壤水分空间变异性

土壤水分是黄土高原关键带水循环、地下水补给和植被恢复的关键因素。为揭示黄土高原关键带黄土整个剖面的土壤水分空间变化特征,通过土芯钻探的方式获取了黄土高原关键带5个典型样点（杨凌、长武、富县、安塞和神木）从地表到基岩的土壤水分样品,采用经典统计学和地统计学相结合的方法分析了剖面土壤水分的分布规律、变异特征及空间结构。结果表明:黄土高原关键带剖面土壤水分从南往北,土壤平均含水量由高变低;5个样点的土壤水分均为中等变异,随着深度由40 m增加到200 m,土壤水分变异性变弱,且样点之间的土壤含水量差异降低;地统计学分析表明样点的半方差函数能被理论模型较好地拟合（杨凌除外）,指数模型能够描述大部分样点深剖面的空间变异结构。相关结果有助于了解黄土高原深层土壤水分状况及分布规律,对于黄土高原土壤水资源估算和区域植被恢复具有重要价值。     

黄土高原南北样带不同土层土壤水分变异与模拟

为掌握黄土高原区域尺度土壤水分的时空分异特征及其影响因素,在黄土高原布设一条南北方向样带（N=86）,动态监测0~5 m剖面土壤含水率。采用经典统计学方法分析了土壤蓄水量的分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:不同土层土壤水分均呈中等程度变异,并由南向北递减,样带0~5 m剖面平均土壤蓄水量为735 mm;随着土层深度的增加,土壤水分在空间上的变异增强,而在时间上的变异减弱,表明深层土壤水分具有较强的时间稳定性特征。干燥度、黏粒、归一化植被指数和坡度是影响区域土壤水分空间分布的主要因素,可作为一定置信水平上预测区域土壤水分空间分布状况的预测变量。     

热脉冲式包气带微流速监测系统研究和室内试验

本文介绍了热脉冲式包气带微流速监测系统的原理研究、硬件设计及其标定和室内模拟试验.该监测系统理论上应用了线状热源热传导方程的两个阶段:计算微流速采用的是热传导方程的稳态阶段;计算热导率和土壤含水率用的是方程的非稳态阶段.监测系统前端机的研制着重介绍了硬件设计.室内模拟试验为饱和砂土的室内对比试验,流速值从18～485mm/h.实验结果显示系统的测量值和实际值能很好的吻合.     

黄土关键带深层土壤水分动态模拟与主控因素

地球关键带是维系地球生态系统功能和人类生存的关键区域,土壤水分是黄土高原关键带植被恢复与生态环境重建的关键因子之一。为探明黄土关键带深剖面土壤水分变化过程并进行模型模拟,对黄土高原长武塬区苹果地和小麦地的深层土壤水分（0~18m）进行监测（2011~2013年,共选择11个不同日期进行深剖面土壤水分监测）,在此基础上,采用Hydrus-1D进行模型模拟,分析了深剖面土壤水分动态及其模拟效果的主控因素。结果表明：1）苹果地（6~18m）、小麦地（3~18m）的深层土壤含水量随时间变化很小;0~1m的土壤含水量随时间变化较大;不同土地利用类型会产生不同的土壤水分过程及运动机制;在根系及近根系区,土壤含水量变化受根系分布格局及土壤质地共同影响,接近地表时还同时受降雨、蒸发等上边界条件影响;在非根系区,土壤含水量的主要影响因素为土壤质地;2）利用前6次的实测数据进行调参和校正,后5次实测数据进行预测效果检验,取得了较好的深剖面土壤水分模拟效果——苹果地的决定系数、相对误差绝对值、均方根误差分别介于0.5923~0.7637、3.33%~5.20%、0.0149~0.0168cm³/cm³ 之间,小麦地分别介于0.2414~0.6822、2.64%~4.58%、0.0177~0.0247cm³/cm³ 之间;3）叶面积指数、根系深度与分布是影响深剖面土壤水分动态模拟效果的主控因素。相关结果可为黄土关键带深剖面土壤水分模拟与调控提供参考。

     

黄土高原北部土地利用变化对长期土壤水分平衡影响模拟

为探明土地利用变化对黄土高原长期土壤水分平衡的影响,利用校验的Hydrus-1D模型模拟黄土高原北部神木六道沟小流域1981—2050年农耕地—苜蓿草地—天然草地情景下0~4 m土壤水分变化过程,量化土壤储水量、深层渗漏和蒸散发等水文变量的演变特征。结果显示:①农耕地期间年降水的88%为蒸散发消耗,11%为渗漏损失。②苜蓿草地种植后6 a内,蒸散发大幅增加至年降水的108%,土壤水分负平衡,0~4 m土壤储水量以52 mm/a的速率降低;至7~13 a,年降水几乎全部被蒸散发消耗。③苜蓿草地转变为天然草地后,蒸散发量下降31%,土壤水分以45 mm/a的速率逐渐补给,之后年降水量的92%用于蒸散发,8%为渗漏消耗,土壤水分处于相对稳定状态。研究表明不同土地利用方式下的土壤水分平衡模式具有显著差异,种植高耗水植被可造成土壤水分负平衡,导致土壤干燥化,进而对土壤水分补给产生负面效应,改变植被类型可使土壤干层得到有效改善。     

黄土高原区域尺度土壤水分空间变异性

土壤水分是黄土高原植物生长发育和生态环境重建的主要限制因子。为揭示黄土高原区域尺度深层土壤水分的空间变异性,在黄土高原共布点234个,采集深剖面土壤水分样品12198个。采用经典统计和地统计学相结合的方法系统分析了土壤水分的分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:①黄土高原地区土壤水分在水平方向上表现出由东南向西北递减,在垂直方向上(0~500cm)表现出先减小后增加的分布特征;②土地利用对区域尺度土壤水分的数量及垂直分布规律具有显著影响;③土壤水分在不同土层深度(0~500cm)的变异系数、空间异质比等参数的垂直分布均呈先减小后增加趋势,这些参数在表达土壤水分变异的效果上具有一致性。相关结果对黄土高原区域尺度水土过程调控、生态水文过程研究具有一定参考价值。     

黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

为掌握黄土高原沟壑区坡地土壤水分的空间分布特征及其影响因素,采用状态空间模型和经典线性回归方法对该区不同土层深度土壤含水率的分布进行模拟.结果表明,不同土层深度的土壤含水率呈中等程度变异,并与海拔高度、黏粒、粉粒、砂粒含量和分形维数具有显著的空间自相关和交互相关关系,可用于状态空间模拟分析.不同因素组合下的状态空间模拟效果均要优于线性回归方程,其中采用海拔高度、砂粒含量和分形维数的三因素状态空间方程模拟精度最高(R2=0.992).状态空间模拟方法可用于黄土高原坡面尺度不同土层深度土壤含水率的预测.     

黄土高原退耕坡地土壤水分空间变异性研究

以神木生态观测站为例,利用经典统计学方法对黄土高原退耕坡地土壤水分在空间三维不同方向和不同位置的空间变异性进行了研究,并对空间变异的尺度和时间依赖性等问题进行了探讨,以便为坡地水分管理和植被恢复提供参考。研究结果表明土壤水分在垂直方向和水平方向(垂直于坡长方向)的平均变异程度为弱变异;而在东西方向(坡长方向)、二维平面和三维空间上为中等变异性;土壤水分沿坡长方向从坡顶到坡脚表现出先减小后增大的趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上>坡中>坡下的趋势;土壤水分沿南北方向表现为阴坡>山脊>阳坡的明显趋势,其变异程度为阳坡>阴坡;在40~200 cm土层深度内,土壤水分在垂直方向表现出先减小后增大的趋势,且在各土层的变异程度与各层平均土壤水分成明显的正相关。     

黄土高原区域尺度土壤干燥化的空间和季节分布特征

为掌握黄土高原土壤干燥化程度的空间分布特征,定量评价雨季前、后土壤干燥化程度,于2013年在黄土高原南北方向布设一条样带（N=86）,获取雨季前、后0~5 m剖面土壤含水量。采用地统计学方法分析了土壤干燥化指数的空间分布规律及变异特征。结果表明:在黄土高原地区,土壤干燥化程度存在明显的纬度地带性,且雨季前土壤干燥化指数的空间变异程度高于雨季后;经过雨季降水的补给,土壤干层在一定程度上得到修复,且中部地区的修复效果明显优于南部及北部地区;土壤干燥化指数剖面分布特征在雨季前、后的差异主要表现在浅层0~2.3 m土层,这主要归因于降水对浅层土壤水分的补给。     

甘肃黄土高原40a来土壤水分蒸散量变化特征

用Penman公式计算了甘肃黄土高原20世纪60-90年代40 a来的潜在蒸散值,分析了潜在蒸散的时空变化特征并与蒸发皿所测值进行比较.结果表明:甘肃黄土高原潜在蒸散值的分布与纬度关系比较密切,随纬度的升高,潜在蒸散值增多,变化范围为1 600-2 200 mm·a^-1;潜在蒸散值受气温、降水的支配比较大,80年代最小,其次为70、60年代,90年代最大.60-90年代各地潜在蒸散值比实测值高30%-40%,其中夏、秋季潜在蒸散均大于蒸发器所测值,以夏季相差最大,达40%-100%;冬季则小于蒸发器所测值.潜在蒸散量与蒸发器所测值虽在数值上有所差别,但趋势基本一致,蒸发器所测值的峰值变化落后于理论计算值0.5月.90年代以来,各地土壤水分亏缺值增多,植被生长季节,作物水分利用都未及最适宜状态.