降雨條件下土壤水分轉(zhuǎn)換特征及數(shù)值模擬.pdf

1、陜北地區(qū)干旱缺水,天然降水是土壤水分補給的主要來源,蒸散發(fā)是土壤水分散失的主要方式。在人工降雨徑流試驗的基礎(chǔ)上,從雨水資源高效利用角度出發(fā),分析了研究區(qū)降水特征及變化趨勢,評價了有效增加降水入滲、減少蒸發(fā)的坡面覆蓋措施,研究了棗樹坡地土壤水分轉(zhuǎn)化特征并運用模型對水分轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行了模擬,取得的主要結(jié)論如下:
　　 (1)通過對降水的季節(jié)分布和頻率分析研究了米脂地區(qū)棗樹種植的風(fēng)險性;通過降雨截留試驗分析了不同降雨量條件下棗樹降雨截留

2、變化特征,結(jié)果表明:截留率隨降雨量的增大而減小,它們之間的關(guān)系可以用冪函數(shù)表達(dá);以葉面積指數(shù)和降雨量為變量的指數(shù)模型可以很好的模擬該地區(qū)棗樹截留量的變化。
　　 (2)分析了雨強、初始含水率、坡度、坡長對降雨產(chǎn)流的影響,結(jié)果表明:相同條件下,雨強和初始含水率對降雨產(chǎn)流影響較大,坡度、坡長對降雨產(chǎn)流影響較小;分析了不同PAM施量對降雨產(chǎn)流的影響,從增加入滲減少徑流角度考慮,PAM的最佳施量為1.5g/m2;通過對不同覆蓋措施降雨徑

3、流試驗表明,秸稈覆蓋措施蓄水減流效果最為顯著,化學(xué)覆蓋次之,草地覆蓋效果不太顯著;通過對降雨結(jié)束后不同時期土壤剖面土壤含水量測定結(jié)果表明,秸稈覆蓋措施可有效抑制土壤蒸發(fā),保墑效果最好,而覆草措施盡管可以增加降雨入滲,但由于覆草的蒸騰耗水,其保墑效果最差,對照無覆蓋措施、PAM小區(qū)保墑效果不明顯,其蒸發(fā)量與無覆蓋措施相差不大。
　　 (3)以Peman-Monteith為標(biāo)準(zhǔn)方法,對3種基于溫度、4種基于輻射的PET計算方法進(jìn)行了

4、評價,結(jié)果表明,利用原始常數(shù)的溫度法和輻射法的PET計算結(jié)果都不理想,計算平均誤差大多在20％以上。經(jīng)驗公式通過遺傳算法常數(shù)修正后,兩類方法的計算精度都有明顯提高,輻射法的平均誤差都明顯小于溫度法。修正常數(shù)的經(jīng)驗公式檢驗結(jié)果表明其能夠很好的應(yīng)用的于該地區(qū)的潛在蒸散量計算。通過常數(shù)修正和檢驗過程,溫度方法中,推薦使用高橋公式;輻射法中,推薦使用Prestley-Taylor方法。
　　 (4)研究區(qū)2010年棗樹生育期坡地潛在蒸散

5、量計算結(jié)果表明,全生育期內(nèi),試驗區(qū)潛在蒸散量為840.95mm,其中,開花坐果期蒸散量最大,果實膨大期次之,果實成熟期最小;潛在蒸散量劃分結(jié)果表明:棗樹生育期蒸散發(fā)中,潛在蒸發(fā)量占主要部分597.4lmm,占總蒸散量的71％,但其占總蒸散量的比例隨生育期的變化不斷減小,不同生育期內(nèi)占總蒸散量的比例分別為8g％、74％、60％、56％。
　　 (5)利用水量平衡原理建立了土壤分層實際蒸散發(fā)計算模型,利用分層蒸散發(fā)模型對研究區(qū)201

6、0年棗樹生育期實際蒸散發(fā)進(jìn)行計算,結(jié)果表明:棗樹生育期內(nèi)實際蒸散量果實膨大期最大,萌芽展葉期次之,果實成熟期最小。
　　 (6)應(yīng)用三種經(jīng)驗?zāi)Ｐ停↘ostiakov公式、Mezencev公式、Horton公式）對25場代表性降雨徑流資料進(jìn)行模擬,結(jié)果表明:三種經(jīng)驗公式都可以與實測值實現(xiàn)很好的擬合,相關(guān)系數(shù)大多在0.9以上,Kostiakov公式適用于短歷時降雨的入滲模擬,Mezencev公式適用于長歷時的降雨入滲模擬,Horto

7、n公式對于長、短歷時的降雨都能很好的模擬,而且擬合參數(shù)范圍比較合理。
　　 (7)對概念性入滲模型Mein-Larson模型和物理模型Philip模型參數(shù)敏感性以及推求方法進(jìn)行了分析,在Mein-Larson模型和Philip模型中,對計算結(jié)果影響較大的參數(shù)分別為有效飽和導(dǎo)水率Ke和吸滲率S,通過對無覆蓋措施降雨入滲資料分析,K。的合理取值范圍為Ks/4左右,S的取值主要受初始含水量影響,可根據(jù)式(5-16)計算。
　　

8、 (8)應(yīng)用坡面運動波方程和Green-Ampt入滲模型對坡面產(chǎn)匯流過程進(jìn)行了模擬,利用系統(tǒng)優(yōu)化方法對坡面有效糙率系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明模型能夠很好的模擬黃土坡面降雨產(chǎn)匯流過程,可作為黃土坡面徑流預(yù)報的有效方法。
　　 (9)利用HYDRUS-1D模型對坡地土壤水分運動過程進(jìn)行了數(shù)值模型,結(jié)果表明該模型可很好的模擬一維條件下土壤水分的入滲、蒸散發(fā)以及再分布等過程,在確定模型參數(shù)基礎(chǔ)上,該模型作為該地區(qū)土壤水分運動模擬的有效工具