腾格里沙漠南缘沙层含水量与水分平衡研究

为了揭示腾格里沙漠沙层含水量和水分运移及平衡等科学问题,对甘肃民勤和宁夏中卫不同沙丘进行了含水量研究。结果显示,腾格里沙漠南缘沙层含水量空间变化明显,在垂向上分层清楚,水平方向上流动沙丘的含水量高于半固定和固定沙丘, 沙漠东南缘沙层含水量明显高于西南缘。甘肃民勤沙层含水量高值层段出现在剖面中上部;宁夏中卫毛管水带之上沙层含水量较高,指示沙层水分来自大气降水。研究区沙层水分主要以薄膜水的形式存在,在降水较多的沙漠东南缘出现了沙漠区极少出现的高含量薄膜水。该区沙层水分具正平衡特点,属于沙层水理性质决定的沙漠地区特殊的水分正平衡,这能够较好地解释极端干旱的沙漠区湖泊较多和地下水资源较为丰富的原因。论文还提出了研究区水分运移的两种模式。     

沙层水分小尺度地域分异特征 —— 以沙坡头沙区为例

水分是沙漠地区生态环境的限制因子,研究沙漠沙层水分分布规律对在沙区种植人工植物进行固沙有显著指导意义。通过对沙坡头沙区两个典型流动沙丘不同坡向、不同部位以及两个洼地进行采样,研究该区水分平衡与小尺度水分分异特征与规律,结果表明：（1）流动大沙丘顶部沙层水分含量一般在1.00%以下,中部水分含量一般在1.00%—2.00%,底部水分含量一般在2.00%—3.00%,均以薄膜水形式存在。洼地沙层2.0—3.0 m左右深度有饱和重力水甚至地下水出现。（2）流动大沙丘的迎风坡沙层水分高于背风坡,沙丘水分含量均是底部最高,中部次之,顶部最低。（3）沙坡头区沙层水分属于快速入渗型水分正平衡,洼地或平坦地段是大气降水向下入渗的主要渠道。     

临河和盐池沙层含水量研究

文章采用烘干称重法,对临河与盐池两地沙层含水量进行研究,以求为两地水资源的合理利用、沙地防风固沙和当地农牧业的发展等提供借鉴。研究发现,临河和盐池两地的沙地平均含水量都在3%左右,并且两地沙层在深度0.5 m以下都有含水量大于5%的重力水,经过消耗还存在向下运移的水分。这表明研究地区沙层水分为正平衡,沙层中的水分来自于大气降水。因此两地适于营造耐旱、需水少的防风固沙灌木林。     

浅埋薄基岩煤层开采对潜水含水层的影响及定量评价

为研究干旱矿区浅埋薄基岩煤层开采对潜水含水层的影响程度,选择凉水井煤矿为研究对象,在资料收集、野外调查、室内测试的基础上,采用数值模拟的手段分析潜水含水层对煤层开采的响应规律。研究结果表明:研究区风积沙降水入渗系数高达0.53,降水是地下水补给的主要来源(约95%),地下水总量受大气降水控制明显;开采前地下水向河流的排泄约占78%,蒸发排泄约占22%;受采掘矿井水排泄量(34.09%)影响,河流与蒸发排泄量占比分别减少至53.07%和12.84%;利用潜水含水层地下水漏失量Ql与开采前地下水排泄总量Qd的比值来表征地下水量的扰动程度Eq(Eq=Ql/Qd),扰动程度高达27%。     

腾格里沙漠民勤沙丘CO_2浓度与昼夜变化规律研究

为查明沙漠区CO2浓度和对大气CO2的影响以及在全球碳循环中的作用,利用红外CO2监测仪于2009年9月对腾格里沙漠民勤实验点不同类型不同深度的沙层CO2含量变化进行了昼夜连续观测.根据12个钻孔CO2浓度的昼夜观测结果可知,民勤沙漠区不同观测点CO2浓度差异较大,各观测点昼夜CO2浓度变化在310×10-6～2 630×10-6之间;夜间沙层CO2浓度低,白天CO2浓度高;CO2浓度在深度上也有明显的差异,不同深度CO2浓度由大到小的顺序是:4 m(3m)2 m1m;与温带半湿润的西安地区相比,位于极端干旱区的民勤沙漠区CO2浓度显著低;CO2浓度昼夜变化明显,从当日09:00左右到次日09:00左右均呈现由低到高再到低的变化规律;在沙层水分一定的条件下,昼夜温度变化是造成沙层CO2浓度昼夜变化的主要原因,两者呈显著正相关关系;含水量较高沙层CO2浓度明显高于含水量较低沙层,沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度的主要因素;4 m深度以上沙层CO2浓度均高于地表空气CO2浓度,表明极端干旱的沙漠区可能是CO2的来源区,也指示环境恶劣的裸露流动沙丘微生物活动产生的沙层CO2浓度仍然超过了大气CO2浓度.     

湘西北红壤丘陵区土壤水运移的稳定性同位素特征

稳定同位素技术为土壤水运移研究提供了新的研究手段.通过对红壤丘陵区降水和不同深度土壤水稳定性氢氧同位素的示踪,研究了2种不同植被类型(油茶林、玉米地)土壤水分运移过程.结果表明,该区大气降水稳定性同位素存在明显的降水量效应和季节效应.油茶林0~50 cm、玉米0~40 cm土壤水氢氧同位素值随深度增大而增大,但干旱时段降水后表现出相反的趋势;油茶林50 cm、玉米40 cm以下土壤水氢氧同位素值随深度增大而减少,蒸发影响微弱.油茶林入渗率受降水量影响明显,大雨后2~3 d入渗率约为50~100 mm/d,之后入渗率明显减慢,50 cm土层常成为阻隔层.玉米地由于通透性差,入渗率更低.红壤丘陵区土壤水氢氧同位素值变化主要是受前期降水形成的混合水样的影响,蒸发影响次之.油茶林蒸发强度小于玉米地,但蒸发深度较玉米地深.     

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ¹⁸O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ¹⁸O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ¹⁸O、δD均值（-5.26‰,-31.1‰）高于大气降水（-6.32‰,-40.1‰）、低于湖水（-3.60‰,-26.4‰）,与河水同位素（-5.09‰,-34.4‰）较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期（4~5月）河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期（6~8月）地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期（9~10月）湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.     

云应盆地北部浅层地下水氢氧同位素特征分析

区域氢氧同位素特征对于区域地下水来源具有非常重要的指示意义,可为正确评价与合理开发利用地下水资源地下水提供科学依据。以云应盆地北部的澴河河谷阶地为研究对象,分析了流域内不同含水层地下水中氢氧同位素特征,探讨了流域内浅层含水层之间的水力联系及其水循环特征。结果表明:研究区各含水层地下水样点主要分布在当地大气降水线的右侧,构成斜率明显小于大气降水线的蒸发线;不同含水层地下水中δD、δ18 O值的不同体现了研究区不同水体的水循环条件存在差异性;不同含水层蒸发线的斜率不同说明各含水层的蒸发强度不同,其蒸发强度与含水层的埋藏深度表现出一致性。     

西安地区人工林土壤干层与水分恢复研究

为查明西安地区土壤干层和丰水年之后的土壤水分的恢复,利用烘干法研究了人工林地土壤含水量。结果表明,西安地区丰水年极端降水前杨树林,法国梧桐林、中国梧桐林和苹果林地大约1.5～4m深度范围内土壤含水量分别为9.3%、9.0%、9.7%和9.1%,普遍存在土壤干层,干层厚度约2.5m。丰水年之后土壤水分得到了很好的恢复,干层全部消失。经过1a左右的入渗,水分恢复深度可达6m左右。根据丰水年之后土壤含水量的不断消耗确定,西安地区丰水年之后一般经过3～4a左右的时间,人工林地的干层将会再次出现。发育弱的土壤干层并未影响到人工林的正常生长,表明在西安或与西安类似降雨量的黄土高原其他发展人工乔木林是可行的。     

石家庄市区土壤水分运移的稳定同位素特征分析

根据2013年4月到2014年5月测得的石家庄市区降水和2013年石家庄市雨季土壤水、灌溉水的稳定氢氧同位素,通过稳定同位素示踪的方法从时间和空间的角度分析了不同土壤层位中的稳定同位素的变化规律,进而得出土壤的水分迁移过程.结果表明,过量氘均值为-6.188 5‰,反映了石家庄2013~2014年的年降水主要来自季风带来的海洋水汽,同时有一定的局地蒸发.石家庄土壤水的来源主要是降水,灌溉水在雨季前期有辅助作用,且雨季的降水量足以对土壤进行适当补给.10~100 cm土壤水的δ18O值随深度增大而减小,雨季最大蒸发深度在40 cm左右,取样期间基本上形成了一个土壤水δ18O峰值沿剖面徘徊中不断向下推进的情况,反映了降水的入渗、蒸发和新旧水的混合的相互作用.     

湖泊防渗对湖底及周边土壤水分分布的影响

为研究湖泊防渗对土壤水分分布的影响,采用情景-后果分析法,通过建立水文地质概念模型以及一维和二维包气带水分运移模型,对防渗前后土壤水分分布以及地下水补给强度的变化进行了预测.以圆明园为例,在现场和室内试验的基础上,进行了研究.结果表明,在枯水期湖内无水时,防渗前后,湖底与周边土壤水分分布规律基本一致,湖泊防渗对湖底及周边土壤水分影响不大.在丰水期湖内水深1.0 m情况下,防渗前,潜水位很快上升至湖底,使地下水与湖水形成直接水力联系,湖水对湖底包气带水及潜水的平均补给强度为18.0 mm/d,湖水对植被根系分布区土壤水分分布的最大影响范围118 m;防渗后,湖底原包气带土层基本处于非饱和状态,上述平均补给强度减小为5.8 mm/d,最大影响范围缩小为14 m.因此,在丰水期湖内有水时,湖泊防渗能显著减少湖水渗漏,使湖泊周边大范围内的土壤水分显著减少.     

中国西北春季沙尘高发区及沙尘源解析

以波段亮温差算法（BTD）对中国西北2014~2018年春季460期MODIS L1B数据进行沙尘信息逐日提取，统计分析沙尘频数的空间分布规律，结合地貌特征及地表沉积物细颗粒组分含量进行沙尘源解析.结果表明：（1）中国西北沙尘活动呈"两区三带"分布特征，沙尘频发区主要分布于塔里木盆地和蒙古高原南部沙漠戈壁区；区内存在塔克拉玛干沙漠东南缘荒漠绿洲高频带（270~287次）、库姆塔格沙漠北缘高频带（240~250次）及巴丹吉林沙漠东北边缘荒漠绿洲高频带（240~250次）.（2）中重度沙尘高频区主要分布于塔克拉玛干西北部沙漠绿洲.沙尘源主要为富含粉尘的边缘沙漠与冲积洪积扇缘戈壁交错带，内含丰富的干河床、干涸湖泊和绿洲退化地，该区域细物质组分含量高，易释放粉尘微粒并通过局地循环过程向周边地表扩散沉积，为区域高频、高浓度沙尘发生提供丰富的物质基础.     

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

华北平原地下水浅埋区土壤水分动态的时间序列分析

以沧州和衡水实验站为华北平原地下水浅埋区典型区,利用3 a土壤水负压和地下水观测数据,研究了不同年份和土壤质地土壤水分动态。土壤水分数据表明,平水年或丰水年后的枯水年土壤水分从表层到深层为增长型趋势,枯水年为增长-减小-增长趋势;在土壤非均值条件下(沧州),土壤水分具有补给和消耗的季节性变化,而土壤均质条件下(衡水),无明显季节性变化。时间序列分析结果表明,平水年或丰水年沧州实验点土壤浅层(100 cm以上)和深层(100 cm以下)具有明显差异,从上到下土壤水分更加稳定,衡水实验点无明显差异性;枯水年两实验站浅层和深层差异性更小。土壤质地在降水和土壤水以及地下水的响应关系方面具有显著作用。     

巴丹吉林沙漠腹地夏季不同天气条件下陆-湖面辐射收支与能量分配特征对比

论文以巴丹吉林沙漠腹地陆面和湖面能量平衡系统的定位观测数据为基础,对比分析了夏季不同天气条件下两种典型下垫面的辐射收支和能量分配之异同,评价了典型晴天的辐射收支与能量分配对季节平均气候态的代表性。结果显示,按“晴天-多云-阴天-降水”的顺序,陆面与湖面的总辐射、反射短波辐射和净辐射之日均值呈逐渐减小趋势,大气逆辐射则逐渐增大。湖面长波辐射亦随这一天气变化顺序逐渐增大,暗示地下水携带的热量和局地平流作用对湖水表面温度皆有影响。非降水天气时,陆面感热通量占净辐射的主要部分。云和降水皆会直接影响陆面的能量分配,感热通量一般随云量的增加而减小,潜热通量则逐渐增大。湖面典型晴天的午后存在逆温现象,然降水天气时,湖面空气温度降低较快,破坏了湖面上空的逆温层,即感热通量皆为正值。湖面的潜热通量主要决定于风速,故其对天气变化响应不明显。在地下水携带的热量和局地平流共同作用下,湖面的感热通量和潜热通量之和大于湖面的净辐射。不同天气下陆面和湖面的波文比差异较大。陆面典型晴天的辐射收支和能量分配与季节平均气候态相差不大,湖面的典型晴天则不具有季节平均气候态的代表性。     

现代黄河三角洲上部冲积平原降水入渗补给量研究

大气降水是黄河三角洲地区浅层地下水的主要补给来源。确定降水入渗补给量是地下水资源可持续利用的基础。论文选择现代黄河三角洲上部冲积平原的典型地貌单元安装自记水位计,获得了2004年30 min一次的浅层地下水水位动态数据。结合日降水量资料,应用地下水位动态法,在Matlab中编程计算了2004年次降水入渗补给系数和年平均降水入渗补给系数,探讨了该系数时空变化的特点和主要影响因素,估算了降水补给浅层地下水的水量。主要结论如下:①研究区域内浅层地下水埋深主要在2 m以内变动,属于浅埋类型。②降雨特征决定了该区域次降水入渗补给系数的大小,地表渗透性决定该区域次降水入渗补给系数的时空变异。次降水入渗补给系数随着雨前地下水埋深的增加显示出增大的趋势。③研究区域平均年降水入渗补给系数为0.186。2004年降水补给浅层地下水总量为7.4×108m3,占当年黄河径流量的3.7%。     

陕西绥德地区黄土-古土壤序列地球化学特征及其环境指示意义

黄土高原北部的绥德地区处于干旱-半干旱地区,对环境变化的响应十分敏感,通过对黄土-古土壤的研究对比可以探索该区的古环境气候特征、环境变化信息等相关问题.本文对绥德黄土-古土壤进行常量、微量、稀土元素测试分析,并与其他地区黄土的地球化学特征进行了对比.结果 表明:绥德地区黄土-古土壤的主要化学成分以SiO2、Al2O3、...     

Analysis and improving ways for water condition in winter wheat field of dryland in subhumid areas of the loess plateau

Based on the soil moisture data from the locating experiments from 1986-1990, and using the water balance method, the water supply and demand state in the field of winter wheat, and the ways for improving water condition in dryland of subhumid by dry area of the Loess Plateau were studied. The results suggested that a low precipitation satisfying ratio of 42.9%-58.8% appears in the growing period of winter wheat, and the yield, to a great extent depends on the water that was stored in deep soil layer in the previous rainy season. The filed trial results showed that tillage in the summer fallow period,straw cover, soil moisture regulation with adequate fertilization, crop rotation and proper croppingsystem could be the efficient ways for improving the water condition,and for the exploitation and utilization of natural water resources(both precipitation and soil water) in the winter wheat field of dryland.