土壤蒸发数学模型的建立及其试验验证

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1、第一章绪论3发量。从土壤水动力学的原理出发，可推出如下计算土壤蒸发的公式池。451：易=f【9(z，f1)一p(z，f2)p(1．2)式中助为土壤的实际蒸发量，乙为ZFP的位置坐标，0表示以土壤表面为坐标原点，秒0，f1)为fl时刻ZFP至土壤表面的含水率分布，目眩，如)为允时刻ZFP至土壤表面的含水率分布。利用ZFP计算土壤蒸发量是一种行之有效的方法，其先决条件是确定ZFP的存在及其深度。用张力计测值确定ZFP的位置，一是要求仪器性能可靠，二是埋深和范围要有保证，否则zFP的位置确定不准，对蒸发量的计算影响也很大。李宝庆等H21通过试验研究后认为，ZFP是测

2、定土壤实际蒸发量的有效途径之一，但是测量手段需要适应其要求，否则难有高精度保证。另外此法的应用也有一定的条件：当地下水位很高时，一般不能应用；降雨频繁，零通量不稳定时也难以应用。1．2．2国外研究进展国外对土壤蒸发的研究比较活跃，土壤学、水文学、气象学等领域的学者从各自学科的特点出发，提出了土壤蒸发的数学物理模型。1．2．2．1Fox模型Foxm3以能量平衡方程为基础，以一假定的理想干土柱为参考，推导出了土壤蒸发量的计算式：易=(岛△U+62△乃)△乃(1．3)式中△乃=乃，一一％一，死，一，乃，一分别为干土柱、蒸发土壤表面一天中的最高温度，△U为日累计风速，

3、岛，历为常数。Fox用式(1．3)计算了河岸沙地的土壤蒸发，其结果与蒸渗仪测的结果进行对比，平均误差为13％。但岛，统属于实验统计参数，推广到其它地区(土壤、气候等条件发生变化)后，得重新做大量的校正工作。Be小AsherH71引入了积分的概念，及土壤表面温度随时间变化的温度日函数和土壤热通量随时间变化的温度日函数，对Fox模型进行了改进。Ben．ASher用均质的土壤在蒸渗仪上做验证实验，测量结果和用公式计算的结果进行回归，达到了较好的相关度(r2=o．61)。EVett脚1在Ben．Ashcr的基础上，对计算方法进行了改进，他把积分的时间步长取为O．5h，

4、取相应的温度为这半个小时中的最大温度，其回归后的相关度为r2=o．82。QiuH钔在Fox模型的基础上通过数学变形消掉空气动力学阻抗项，得到一种新的计算模型。在试验验证计算中，他的思想和Evett是相同的，所得结果和蒸渗仪测量结果的回归相关系数为r2=0．94。Qiu模型在计算土壤蒸发量时，所需要的参数种类少，不含经验系数，不需要空气动力学阻抗和表面阻抗等参数，因此简便实用，具有较好的应用前景。4土壤蒸发数学模型的建立及其试验验证1．2．2．2体积空气动力学模型据体积空气动力学的原理可知，对于一个充分湿润的土壤表面，其蒸发量(即可能蒸发量)昂可表述为陆¨：t=

5、芳警掣(1．4)式中九为水的汽化潜热，P。(黝是在土壤表面温度(乃)下的饱和水汽压，％为参考面处空气的实际水汽压，p为空气密度，劬为空气定压比热，丫为干湿表常数，％为空气动力学阻抗。在蒸发的第一阶段，土壤大孔隙中的自由水先蒸发掉。进入第二阶段后，土壤中剩下的水主要存在于小孔隙中，并且被强烈的毛管吸力所吸附，因此实际的水汽压差小于(1．4)式中的饱和水汽压差，通常有两种方法来补偿这种影响：劝法和卢方法畸21。劝法取土壤表面和参考高度之间的距离为水汽扩散距离，因此水汽扩散的阻抗只有空气动力学阻抗％，则土壤实际蒸发量的公式为：易：孕丝盟型九7吃(1．5)肪法从土壤水

6、蒸发面考虑水汽传输，则水汽扩散的阻抗包括空气动力学阻抗％和表土干燥层阻止水汽扩散的阻抗％，于是土壤实际蒸发量的公式为：fE。：堕壁f竺坠!二塑{缈吃(1．6)l∥：上【名+‘式中乃应该是水汽界面的温度，但是水汽界面在土壤干燥层以下，而且很难界定。由于土壤干燥层是很薄的一层，在实际计算中乃被认为是土壤表面的温度，这样就高估了助。厅是相对适度系数(办<1)，由于计算办所需的参数测定比较复杂，很多作者在实际计算中取肛1，这样历被进一步高估。基于认肪法的假定，很多学者提出了关于口、脚计算式嘞删，详见表卜l。土壤干燥层是一厚度很薄的土层，准确的测定其含水率侑一定的困难，

7、而且它的微小变化将会引起舐芦值的波动。Mahf叫f对部分公式进行试验验证后发现，在估算白天的土壤蒸发量时，各公式所得出的值很相近；但是在计算夜晚的土壤蒸发量，其差异性很大，且劝法的计算值偏大啼引。第一章绪论5表卜1一些仅、B计算公式T'able1-1Someofthe内加ulaSfor口and口。’’。‘。。。。。。‘—。—。。_·———·--__———·———·————_————————-一：-作者方法公式———』登堑g盟一丛曼尘鲤坠墅坠堕Phil似1957)Deardof吸l978)Banon(1979)‰uda趾dToya(1981)Jacquemina

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