浅析包气带土壤水变化特1.doc

浅析包气带土壤水变化特征 摘要：水文水资源循环系统，是大气降水、地表水、土壤水、地下水的转化系统，而每个子系统其自身变化发展的规律，运用科学的方法深入研究，有助于我们认识自然，从而更好地掌握科学，服务于自然。本文利用土水势，土壤水分状况，零通量面方法定量计算揭示了土壤水的变化特征，为水资源评价，科学开发探索途径。 关键词：大气降水，地表水，土壤水，地下水，资源，均衡。 1 概述 自然界水文循环过程中，水以其不同的形态和能态，相对地存在于大气圈，岩石圈，生物圈等环境，每个阶段形成了大气水、地表水、土壤水、地下水，称为水文水资源循环系统。对“四水”转化系统的研究，可以正确评价合理利用，科学管理水资源，使有限的水资源在人类社会生活中，获得最大的经济效益和环境效益。本文通过浅析土壤水的变化特征，“四水”转化机理，为土壤水科学指导农业节水灌溉提供可靠的依据。 2 水文水资源系统 大气降水，它是地表水、土壤水、地下水的总的来源，又普遍而深刻地控制着地表水，土壤水和地下水。降水主要指降雨和降雪，是人类用水的基本来源。降水资料是分析河流洪枯水情，流域旱情的基础，而大气中的水汽来自海洋的蒸发和散发。 地表水主要指地表迳流，受地形地貌、土壤植被及下垫面条件的共同作用，大气降水一部分转化为地表迳流，绝大部分被土壤拦蓄，入渗转化为地下水，在重力作用下，其中一部分下渗转化为地下水。 土壤水是储存于多孔介质土壤中的那部分水，为非饱和状态，接受大气降水、地表水、地下水及灌溉水的多重补给，主要消耗于地表蒸发和植物蒸腾，在有作物的农田，因作物蒸腾作用，又将土壤水转化为大气降水，显然非饱和状态的土壤水，它的运动变化研究，对农业节水灌溉具有深刻的指导意义。 地下水是储存于多孔介质含水层的那部分水，为饱和状态，它是城市供水、工农业供水的主要来源，蕴藏着地质环境演化的丰富信息。除降水入渗补给，潜水蒸发，根系吸收蒸腾，人为开采，又通过渗流涌出地下水转化为河川基流，河川地表水迳流渗入转化为地下水流。 水文水资源系统是“四水”转化的系统，对其研究产生了“四水”转化的概念模型见图1。 3 土壤水的变化特征及研究方法 在非饱和土壤中，土水势主要由基模势和重力势组成；而饱和土壤中，存在有重力势和压力势。描述土壤水在非饱和与饱和状态下的水流运动，需要利用负压计测定土水势，中子仪测定土壤含水量。非饱和状态土壤中，安装负压计及中子测孔。负压计包括一个多孔的陶瓷杯及一个液压计，陶瓷杯埋于所测的土壤中，水分渗入渗出将使负压计读数发生变化。在不同深度测点埋设负压计，连续多次观测，取得不同深度的土水势。中子仪对不同深度测点，快速地测定土壤含水量。由此可见，包气带土壤水分运动总是从能量高的状态向能量低的状态运动，即由土水势较高的系统流向土水势较低的系统，降雨灌溉水分向下运动补给地下水或暂时储存于土壤中，蒸发使得土壤水分经土表蒸发和植物吸收蒸腾，水分向上运动进入大气。 图2是土水势随深度变化曲线，反映了不同深度岩性剖面土壤水分运动状况，可分为入渗型、蒸发型、混合型剖面曲线，降水灌溉土壤含水量增加，土水势能增加，土壤水分向下运动，势能梯度为正值逐渐减少,在土水势能梯度为零（即部面切线斜率为零）的土壤深度，土壤水分质点运动向上向下通量相等，称为零通量面。 零通量面方法是建立在土壤物理学理论基础上的，土壤水分运动遵循能量守恒定律，土壤水分运动所具有的能量（总水势能）， 决定土壤水分运动的方向和速度。当土壤水势能梯度为零时，水分通值为零，该点称为零通量点，许许多多零通点构成零通量曲面。根据负压计测的土壤剖面水分势能变化情况，决定了土壤水分通量为零的深度，结合中子仪观测到的土壤含水量变化值，求得土壤水分剖面上水分通量。图2中降雨灌溉形成入渗型零通量面，蒸发土壤水分呈向上运动，土水势能梯度为负值，土壤含水量减少，土水势能减少，形成蒸发型零通量面。入渗蒸发零通量面确定，即可求得入渗、蒸发影响的最大深度，受自然条件的影剧响它具有一定的动态变化规律，分析研究土壤水分势能，土壤含水量及其动态变化规律，为土壤水平衡计算奠定了基础。 4 土壤水量平衡计算 非饱和状态土壤，具有巨大的循环调蓄功能。降水灌溉转化为土壤水，作物腾发是根系吸水，使土壤水和地下水转化为大气水，由于层位岩性的不同，土壤容水能力又表现出差异，而土壤含水量大小又决定着土水势的变化，所以零通量面变化复杂。土壤水研究中，基质势采用汞柱负压计量测。 土壤含水量用中子仪观测： θν＝a R/Rw+b 式中θν—土壤含水量； R—土壤中的中子计数率 Rw—水中的标准计数率 a,b—标定系数 土壤水量平衡计算，采取0—3M的土体，1988年12月22日＿1999年11月16日土水势、土壤含水量、降雨灌溉资料，土壤水均衡计算见表1，“四水”转化结果见表2 表1