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1.
包气带土壤水运移过程是黄土高原生态修复中亟需回答的关键科学问题。环境同位素方法可获取其他方法难以获取的水文过程信息。通过对黄土高原丘陵沟壑区羊圈沟小流域降水、包气带0~150 cm土壤水和绣线菊（Spiraea salicifolia）木质部水等样品的同位素δD和δ18O进行测定。结果表明:羊圈沟小流域降水同位素组成受蒸发作用影响较大,呈现明显分馏效应。包气带土壤水、降水与木质部水同位素组成存在明显月份变化特征。降水是土壤水的主要补给来源,灌丛的水分利用来源主要为降水和土壤水,符合降水-土壤水-植被水的运移特征。灌丛木质部水和20~40 cm土壤水δD和δ18O最为接近,20~40 cm土壤水是灌丛水分利用的主要来源。研究揭示了包气带土壤水运移过程及植物水分利用来源,为土壤水运移过程、模型结构与参数识别等提供科学依据。 相似文献
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多年冻土活动层浅层包气带水-汽-热耦合运移规律 总被引：1，自引：0，他引：1
活动层水热状态直接影响多年冻土和寒区工程的稳定性。已有研究大多基于附面层理论研究冻土温度场变化,较少研究液态水和水汽运移过程及其对冻土温度场的影响。结合多年冻土活动层包气带水-热耦合迁移的物理过程和内在机制,以温度和含水率为基本变量,建立了考虑液态水和水汽相变、水分对流传热和水汽运移的土壤-地表-大气能量平衡及土壤内部水热变化的耦合模型,分析了真实野外气象条件下活动层液态水和水汽运移规律。计算结果表明:白天温度梯度水分向土壤内部运移,夜间温度梯度水分向土壤表层运移;暖季温度梯度水分以向土壤内部运移为主,冷季温度梯度水分以向地表运移为主;就全年而言,活动层各个深度处水汽运移作用大于15%,水势梯度水汽运移极小可以忽略不计,特别是浅层土壤在无降雨状态下,水分运移以温度梯度水汽运移为主;水势梯度液态水通量受降雨影响明显,在降雨事件期间和之后,液态水和水汽下渗占主导地位,降雨降低表层土壤温度、减小土壤热传导通量,有利于土壤热稳定性。 相似文献
3.
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。 相似文献
4.
《岩土力学》2020,(5)
为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨了考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质(砂土、亚砂土、粉质黏土)地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明:随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤粒径越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。 相似文献
5.
受冰-水间相变影响, 冻融期内土壤水、热传输过程变得复杂, 研究气态水分布特征与运移规律, 可为厘清冻融过程中沙地包气带水文循环机理提供关键信息。通过在毛乌素沙地建立原位监测点, 并利用修改后的Hydrus-1D冻融程序建立包气带水-汽-冰-热耦合数值模型, 对冻融期包气带气态水迁移过程展开研究。结果表明: 模拟与实测土壤水分及温度变化拟合较好, 证实所建立的模型具有良好的精度以及适用性; 对比典型未冻结、初始冻结、向下冻结以及融化时段结果可知, 冻融过程会改变剖面土壤水分、含冰量以及水汽密度分布, 其中水汽密度变化与温度联系紧密; 冻结后, 由温度梯度驱动的非等温气态水通量在总水分通量中的占比超过90%, 表明气态水占据主导地位, 其运移过程对于剖面土壤水分分布以及高含水量带出现有重要影响。 相似文献
6.
研究地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量的影响,对浅埋区农业水管理具有重要意义。基于2017—2020年五道沟水文水资源实验站大型称重式蒸渗仪群,模拟不同地下水埋深下冬小麦蒸散发变化过程,以蒸散量表征小麦耗水的变化,识别影响小麦耗水的关键环境因子,探索不同情景小麦耗水特征。全生育期内各地下水埋深0.5,1.0,2.0,3.0 m下小麦蒸散量依次为510.50,499.33,567.88,727.88 mm,各埋深下表层10 cm处土壤含水率与蒸散量相关系数依次为?0.42,?0.69,?0.53,?0.43;依据太阳辐射量划分3类典型日,典型日内蒸散强度为:强辐射日约0.30 mm/h、弱辐射日约0.07 mm/h、微弱辐射日约0.03 mm/h;蒸散峰历时依次为:5:00—20:00、7:00—17:00和9:00—17:00;太阳辐射强时,地下水埋深对蒸散强度峰值出现的时间影响较小,而太阳辐射过弱时,地下水埋深大会阻滞能量传输,蒸散强度峰值滞后;表层土壤水是蒸散发的主要来源,尤其在1.0,2.0 m埋深下表层土壤水对蒸散发贡献率更高;太阳辐射、净辐射和土壤热通量正向驱动小麦耗水,表层土壤水分、平均气温和空气湿度反向驱动。 相似文献
7.
《岩土力学》2021,(5)
为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质（砂土、亚砂土、粉质黏土）地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明：随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤颗粒越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。 相似文献
8.
吉林西部盐碱水田区冻融期土壤水盐运移特征及酶活性变化 总被引：3，自引：0，他引：3
云 《吉林大学学报(地球科学版)》2014,(2):636-644
为研究冻融作用下水田0~50cm土层水、盐、pH、脲酶活性变化规律及其相关关系,采集吉林西部盐碱土区大安市水田土壤,选取冻结12h、融化12h为一个循环,开展室内模拟试验,模拟昼夜反复冻融条件下土壤水盐运移和酶活性的动态变化,分别用质量法、残渣烘干法、电位法、靛酚蓝比色法测定各层土壤含水率、含盐量、pH和脲酶活性,分析其在不同冻融条件下的变化规律和相关性。研究表明,土壤深度是影响含水率、含盐量、pH、脲酶活性的主要因素之一:20~50cm土层的水分和盐分不断向上层运移,使表层含盐量和pH升高,且水、盐之间具有显著的相关性,说明水分运移在一定程度上决定了盐分的运移;除10~20cm土层脲酶活性略有升高外,其他各层脲酶活性出现不同程度的降低。冻融过程中含水率、含盐量、pH均与脲酶活性呈现显著的相关性,脲酶活性是冻融次数、温度、含盐量、pH、有机质等多种因素共同作用的结果。因此,冻融作用在引起或加重水田表层土壤盐碱化方面起到至关重要的作用,冻融作用降低了土壤脲酶的活性,进而会影响土壤的肥力。 相似文献
9.
基于CoupModel的青藏高原多年冻土区土壤水热过程模拟 总被引：6，自引：5，他引：1
近年来, 青藏高原多年冻土区生态环境呈现出逐年恶化趋势, 从而对多年冻土活动层水热过程造成显著影响. 此外, 如何构建更加有效、 针对寒区的陆面过程模式成为寒区研究的重点、 热点之一. 作为一种有效的参数估计方法, Bayes参数估计算法具有准确估计陆面过程模式参数的能力. 因此, 基于2005-2008年观测数据, 利用CoupModel模型对青藏高原风火山流域土壤水热运移过程进行模拟; 同时, 利用Bayes参数估计方法估计部分水热运移参数. 结果显示: 模型对土壤温度(ST)的模拟效果较好, NSE系数均在0.90以上; 也能够较好模拟浅层(0~40 cm)土壤水分, NSE值均达到0.80以上, 而对40 cm以下土壤水分的模拟结果较差. 模型也能够较准确模拟活动层土壤的冻结-融化过程. 模型对温度水分极值和40 cm深度以下水分的模拟存在一些偏差. 值得一提的是, 基于重要性采样MCMC方案的Bayes参数估计算法能够有效估计水热运移参数, 模型模拟结果得到极大的改进. Bayes算法能够广泛解决陆面过程模式参数估计问题. 相似文献
10.
唐古拉地区活动层土壤水热特征的模拟研究 总被引：13，自引：8，他引：5
利用唐古拉监测点实测气象及活动层土壤水热资料,结合SHAW模型,对青藏高原高海拔多年冻土区活动层土壤的水热特征进行了模拟研究,并与观测结果进行了对比.结果显示:SHAW模型对活动层陆面能量通量(净辐射、地表面热通量、潜热及感热)和活动层土壤温度的模拟比较成功;对活动层水分的模拟结果参差不齐,有些深度土壤水分模拟不理想,但有一半以上观测深度的模拟结果相对较好.土壤水分模拟结果产生误差的原因比较复杂,初始含水量的选取、土壤结构参数及水热动力学参数的不确定性是导致模拟结果误差的可能原因.总体上,SHAW模型是研究高海拔多年冻土区活动层土壤水热过程较理想的陆面模式. 相似文献
11.
Diurnal soil water dynamics in the shallow vadose zone (field site of China University of Geosciences,China) 总被引：3，自引：0，他引：3
Yijian Zeng Li Wan Zhongbo Su Hirotaka Saito Kangle Huang Xusheng Wang 《Environmental Geology》2009,58(1):11-23
Because of the relatively low soil moisture in arid or semi-arid regions, water vapour movement often predominates in the
vadose zone and affects the partitioning of energy among various land surface fluxes. In an outdoor sand bunker experiment,
the soil water content at 10 and 30 cm depth were measured at hourly intervals for 2.5 days during October 2004. It was found
that the soil moisture reached the daily maximum value (5.9–6.1% at 10 cm and 11.9–13.1% at 30 cm) and minimum value (4.4–4.5%
at 10 cm and 10.4–10.8% at 30 cm) at midday (0–1 p.m. for 10 cm and 2–3 p.m. for 30 cm) and before dawn (2–3 a.m. for 10 cm
and 4–5 a.m. for 30 cm), respectively. The modified HYDRUS-1D code, which refers to the coupled water, water vapour and heat
transport in soil, was used to simulate the moisture and water vapour flow in the soil. The numerical analyses provided insight
into the diurnal movement of liquid water and water vapour driven by the gradients of pressure heads and temperatures in the
subsurface zone. The simulated temperature and water content were in good agreement with the measured values. The spatial–temporal
distribution of liquid water flux, water vapour flux and soil temperature showed a detailed diurnal pattern of soil water
dynamics in relatively coarse sand.
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12.
浅层包气带地温与含水量昼夜动态的实验研究 总被引：7，自引：1，他引：7
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。 相似文献
13.
Evolution of soil-water states in the vadose zone of a desert soil after an extreme rainfall event and its impact on the ecosystem 总被引：1，自引：0，他引：1
Evolution of soil-water movement patterns following rare and extreme rainfall events in arid climates is not well understood, but it has significant effects on water availability for desert plants and on the hydrological cycle at small scale. Here, field data and the Hydrus-1D model were used to simulate the mechanisms of soil water and vapor transport, and the control factors associated with temporal variability in the soil water and temperature were analyzed. The results showed that thermal vapor transport with a no rainfall scenario determined daily variability in water content at the soil surface. During rainfall, isothermal liquid water fluctuated as a result of dry sandy soils and matric potential in the upper soil (0–25 cm), and thermally driven vapor played a key role in soil-water transport at 40–60 cm soil depth. After an extreme rainfall event, thermal vapor flux increased and accounted for 11.8% of total liquid and vapor fluxes in daytime with a steep temperature gradient; this was very effective in improving long-term soil-water content after the rain. The simulated results revealed that thermal water vapor greatly contributed to the soil-water balance in the vadose zone of desert soil. This study provided an alternative approach to describing soil-water movement processes in arid environments, and it increased understanding of the availability of water for a desert plant community.
相似文献14.
The relationship between sensible and latent heat flux and diurnal variation in soil surface temperature and moisture under
four freeze/thaw soil conditions was investigated using observed soil temperature and moisture and simulated sensible and
latent heat flux. The diurnal range of latent heat flux had a similar temporal change pattern as that of unfrozen soil water
at depths of 0–3 cm during the freezing stage. Also, there was a better relationship with the diurnal range of unfrozen soil
water at depths of 3–6 cm during the thawing stage. Diurnal variation in latent heat flux was significant and depended mostly
on solar radiation during the completely thawed stage. However, while diurnal variation in solar radiation during the completely
frozen stage was significant, for latent heat flux it was quite weak due to low unfrozen soil water content. Thus, diurnal
variation in latent heat flux depended mostly on unfrozen soil water content during this stage. During the freezing and thawing
stages, diurnal variation in latent heat flux was also significant and depended mostly on diurnal variation in unfrozen soil
water content. However, the impacts of air temperature change from solar radiation on latent heat flux could not be ignored. 相似文献
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祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的时空变化及其影响分析 总被引：6，自引：0，他引：6
采用美国Li-COR公司生产的LI-6400-09土壤呼吸室和LI-6400便携式光合作用测量系统,在2004年生长季节对祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率进行了连续观测.结果表明:在整个生长季祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的空间变化为随着海拔梯度的增加,土壤呼吸速率逐渐减小,其变异系数逐渐增加;生长季节土壤呼吸速率晚间维持在较低水平,2:00-6:00最低,在7:00-8:30开始升高,11:00～6:00达到最大值,16:00～8:30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤呼吸速率的日平均值介于(0.79±0.60)μmol·m-2·s-12.49±0.97μmol·m-2·s-1.土壤呼吸速率78月份达到最大值(5.861μmol·m-2·s-1),5月与9月份次之,4月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.亚高山灌丛林土壤呼吸的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响. 相似文献
16.
利用标定后的TDR100系统原位监测太行山前深厚包气带（30.3 m）的土壤水热动态,根据2011、2012年2 a的监测结果,真实准确透析全剖面土壤水热运移规律。结果表明：厚度大、非均质并受控于多重外界条件的深厚包气带的水热运移,必然是相对滞后的复杂往复运动,水分补给滞后时间为2~3个月;粗颗粒层是良好的输水通道,而细颗粒层（如黏土层）才是决定入渗能力的关键层,对土壤体积含水量变化影响可达15%;浅层水热运移取决于降水蒸发和地表温度,5.0 m以下中深层水热运移常态取决于岩性和地下水位,而强降水入渗和人类活动产生瞬态关键效应。 相似文献
17.
疏勒河上游多年冻土区植物生长季主要温室气体排放观测 总被引：1，自引：1，他引：0
选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象, 对2011年植物生长季(6-10月)主要温室气体(CO2、 CH4CH4和CO2)的排放进行了观测. 结果显示: 疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO2、 CH4和N2O排放速率范围分别为7.58~418.60 mg·m-2·h-1, -0.20~0.14 mg·m-2·h-1和-27.22~39.98 μg·m-2·h-1. 0~10 cm土壤温度、 含水量和盐分与CO2和CH4排放速率显著相关, 但与N2O排放速率无显著相关. 日均排放速率显示, CO2和N2O在整个观测期均表现为排放; CH4在植物返青期和生长旺盛期表现为排放, 在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收. 从9月30日12:00-10月6日14:40, 表层0~10 cm土壤经历了3次日冻融循环, CO2和N2O日均排放速率分别由冻融前的60.73 mg·m-2·h-1和9.91 μg·m-2·h-1提高到122.33 mg·m-2·h-1和11.70 μg·m-2·h-1. 土壤温度、 含水量和盐分是影响CO2和CH4排放的重要因子, 表层土壤冻融交替作用可提高地表CO2和N2O的排放速率. 相似文献
18.
青藏高原玉树地区巴塘高寒草甸土壤温湿特征分析 总被引：6，自引：1，他引：5
在青藏高原腹地青海省玉树藏族自治州玉树县巴塘高寒草甸草场设立野外试验场, 进行土壤温、湿动态监测. 利用温、湿监测数据及同步气象数据资料, 采用对比分析及线性趋势等方法, 分析了巴塘高寒草甸日、年土壤温、湿变化状况. 结果表明: 土壤温度从10:00时左右开始上升, 至17:00-18:00时达到最高值, 然后开始下降, 在第二天9:00时左右到达最低; 土壤湿度在10:00时达到最低值, 在18:00时达到最大值, 随着土壤深度的增加, 土壤湿度逐渐降低. 土壤温、湿度在不同的季节表现出不同的变化趋势, 二个点不同土层表现出相对一致的变化, 随着土壤深度的增加, 土壤温、湿度逐渐降低; 随着与雪栅距离的增加, 土壤温、湿度的变化幅度减弱; 随着土壤深度的增加, 雪栅的影响也逐渐减小. 通过对土壤温、湿不同时期的特征分析, 5月中旬至8月中旬, 土壤湿度与土壤温度呈现相反的变化趋势, 而在其余时期土壤温湿变化趋势一致; 秋季向冬季转换时, 土壤温湿呈显著下降趋势, 而后土壤进入封冻时期; 冬季向春季转换时, 土壤温湿呈显著上升趋势, 土壤进入解冻时期. 冷季时, 25 cm土壤温度高于5 cm; 暖季时, 5 cm土壤温度高于25 cm. 相似文献