流动沙丘降雨入渗和再分配过程

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1、水利学报年月第卷第期文章编号流动沙丘降雨入渗和再分配过程刘新平张铜会赵哈林岳广阳中国科学院寒区旱区环境与工程研究所奈曼沙漠化研究站甘肃兰州摘要本文通过野外监测和模拟降雨试验对流动沙丘降雨入渗补给再分配过程和蒸发消耗几个方面作了定量研究结果表明科尔沁沙地流动沙丘深度土壤层特性具有明显的垂直变化为表层干沙层为降雨影响变化层以下为深部稳定层土壤入渗速率受降雨强度的控制强度大入渗也大入渗深度与降雨量和降雨强度之间存在线性关系湿润锋迁移速率在降雨开始较小而后逐渐增大达到峰值之后又随时间而降低最后趋于稳定的降雨是无效降水和补给地下水的分界点的降雨可使蒸发层土壤在再分配结束后达到最小持水量的降

2、雨通过土壤水分的再分配可以使深度土壤水分达到饱和持水量进而下层进行饱和排水入渗关键词流动沙丘土壤水分降雨入渗蒸发再分配中图分类号文献标识码土壤水是沙漠地区水的主要存在形式是联系地表水与地下水的纽带在水资源的形成转化及消耗过程中有重要作用也是沙漠地区生态系统稳定结构和功能正常发挥的关键因子同时也是植物生长的最大限制因子且影响到遏止沙漠危害的可能性大气降水是沙漠地区土壤水补给的唯一来源对于该地区植物动物的繁衍生息具有重要意义因此对沙漠地区降水入渗和蒸发条件下土壤水分运动规律进行系统研究显得十分重要长期以来很多研究者从不同角度对此作了大量的实验研究并取得了许多重要成果本文采用自然降雨和

3、人工模拟降雨对流动沙丘降水入渗补给再分配过程和蒸发消耗几个方面作了定量研究以期得出沙漠地区降雨土壤水分运动过程中所具有的各种形式之间的数量关系揭示降雨条件下沙地水分循环和平衡机理从而沙地资源评价提供一定的理论依据研究区概况及试验方法研究区概况研究区位于科尔沁沙地东南部奈曼旗境内该区年平均气温为年平均降水量在之间而且分布不均年降水量的集中在月年蒸发量近的蒸发发生在月地下水平均埋深地貌类别以固定沙丘半固定沙丘流动沙丘和面积不等的平缓沙地和低洼地交错分布为特征试验设计试验以室内模拟试验为主同时应用型中子水分仪对流动沙丘深度土壤水分作定期观测试验在自行设计的个规格相同的水分分配箱内进行水

4、分分配箱用厚的钢板焊接而成长宽高其一面打孔用于布设时域反射仪管管孔间距为深度为为保持水分分配箱内土壤温度与流动沙丘土壤温度一致在室外收稿日期基金项目国家自然科学基金资助项目中国科学院野外台站基金资助项目作者简介刘新平男甘肃安西人博士生主要从事恢复生态学和生态水文学等方面的研究工作空旷场地将水分分配箱埋入地下其打孔一面开挖宽深的地糟以便于水分观测其它三面周围用流动沙丘原状土填充水分分配箱底部中心开直径的孔连接阀门用于收集入渗到深度以下的水水分分配箱内供试土壤是从流动沙丘上采集的按容重填装的土壤降雨采用自然降雨和人工模拟降雨相结合的办法人工降雨装置由喷头连接管控水阀减压阀组成喷头共有

5、个试验通过喷头上出水孔的孔径和数量控制降雨量在试验过程中为避免因天气因素主要是风力造成的影响在水分分配箱周围放个量雨桶测定降雨量试验在个水分分配箱内循环进行了次其中人工模拟降雨次自然降雨次从月日月日结束历时每次试验观测历时观测研究方法土壤水分测定试验采用时域反射仪对降水过程中以及降水结束后不同深度土壤水分进行观测在降雨过程中不同深度土壤水分的观测时间间隔为降雨结束后观测强度依试验过程采取作为观测时间间隔湿润峰位置通过所测定出的土壤水分的变化来确定蒸发量测定降雨结束后的蒸发用测定由直径高的管制成降雨结束后将垂直压入土中取出土柱下底面用黏蜡密封用精度的电子天平称重后放回事先放有直径高

6、外套管的取土孔中以后每换一次土每天和进行称量结果与讨论流动沙丘土壤水分月变化从年月月日每隔用中子水分仪对流动沙丘土壤水分进行定期观测结果图表明该地区流动沙丘表层干沙层厚度一般变化在土壤水分在雨季保持在较低的水平平均含水量月份最低仅为月份最高为这是由于科尔沁沙地冬季降水稀少经过一个冬天的蒸发地表含水量很低月份地表土壤含水率高则是因为月的降雨补充了一部分地表水分同时进入月蒸发量也相对降低深度含水量变化在之间通过对月降雨量的统计降雨量月为月为月为月为发现该深度月平均土壤含水量与每月降雨量存在一定的关系属于降雨影响变化层具体表现为月平均土壤含水量随着当月降雨量的增加而增大其中为降雨影响剧

7、变层深度土壤水分在观测期内始终保持在左右说明该深度受地面气象要素的影响很小属于深部稳定层图流动沙丘土壤含水率月变化图降雨量为的土壤含水量随时间的变化曲线降雨条件下流动沙丘土壤水分变化试验中最大降雨量为强度?最小降雨量为强度?现选取次试验中降雨量和强度分别为???的次试验进行分析从图图可以看出降雨前表层土壤含水量较低一般在左右降雨开始时表层土壤水分迅速增加降雨强度为?的水分分配箱内表层最高值达升高强度为?的降雨表层土壤水分最高可至降雨强度为?的表层土壤水分最高值为表明降雨强度越大土