半干旱半荒漠地区沙柳周边土壤水分分布规律研究

土壤与植被是土壤-植物-大气连续体(SPAC)系统中两个相互依存和影响的重要因素.土壤水分是影响沙地植被稳定性的决定因素之一.通过对半干旱半荒漠地区主要植被沙柳根系发育区域内土壤水分的测定,分析了植被周围土壤含水量在水平、垂直方向的变化规律以及土壤含水量与日照、降雨、沙坡位置等因子的关系.结果表明:降雨引起沙地表层土壤含水量增加;65 cm深度土壤含水量偏小;根系的分布使得植株下方土壤含水量减少;土壤水分和植物根系存在相互作用的关系.     

黄土高原北部淤地坝区域土壤水分模拟及水分有效性——以六道沟流域为例

为揭示黄土高原北部淤地坝区域土壤水分变化特征及其有效性,以黄土高原北部六道沟流域的一处淤地坝区域为研究区,基于实测的水文、气象数据,利用Penman公式和Penman-Monteith公式分别推求参考作物的蒸散发以及草地蒸散发,并对水分有效性进行评估;基于非饱和土壤水分运动方程式(Richards formula)构建了一维土壤水分计算模型,并对土壤水分进行模拟。结果表明:计算时段内,研究区的水分有效性参数值受同期表层土壤含水量和蒸散发的影响较大;淤地坝区域的水分有效性参数均值(0.31)比坡面均值(0.17)大;构建的一维土壤水分模型模拟精度较高,实测值与模拟值之间的相关系数以及模型的纳什效率(Nash-Sutcliffe efficiency(NSE))系数在0.90以上。研究结果可为黄土高原北部淤地坝区域蒸散发和土壤水分运动的深入研究提供基础数据和方法上的借鉴。     

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。     

基于BTOPMC模型的NDVI分辨率影响研究

归一化植被指数NDVI是S-W模型计算蒸散发的主要输入资料之一。分别采用月分辨率和10d分辨率的NDVI估算黄泥庄流域1985~1987年蒸散发能力并驱动一个水文模型,以研究NDVI分辨率对蒸散发能力估算和水文模型精度的影响。结果表明:由10d分辨率NDVI计算的根系层蒸发能力和植被截留蒸发能力都比由月分辨率资料计算的值小,年根系层蒸发能力减少9.77%~13.64%,植被截留蒸发能力减少5.34%~8.43%,并且,NDVI分辨率在夏季对根系层蒸发能力影响较大,而在冬季对截留蒸发能力影响较大。利用估算的两种蒸散发能力值分别驱动BTOPMC模型并分别率定参数,模型两种模拟结果较接近,水文模型对NDVI分辨率并不敏感。     

干热河谷干季土壤水分动态研究

 为了开展植被恢复试验,对干热河谷土壤水分的动态变化规律进行初步研究。结果表明随海拔高度增加,干热河谷干季土壤水分呈逐渐增加趋势。干季相同海拔高度不同土地类型土壤含水量均较低,土壤含水量都低于 8% 。层间变化由于受降雨入渗分布与土壤水分向上蒸发的综合作用基本表现为增长型。利用变异系数对土壤水分的层间变化进行了分析和层次划分。     

若尔盖湿地土壤水分特征及动态模拟

以若尔盖湿地的龙日坝地区为研究对象,研究该区域湿地土壤分层,建立各层的水分平衡关系;测定不同退化程度湿地的土壤含水量纵向变化,并利用水分平衡关系对纵向变化趋势进行了合理解释。结果表明:该区域土壤分为根系生长层、泥炭层、沙砾层3层;在轻度和中度退化湿地中,土壤水分在根系生长层随深度增加而增加,在泥炭层随深度增加而减少,在沙砾层及以下随深度增加而增加;在严重退化湿地中土壤含水量随深度增加而增加。同时,利用IGW模拟该区域土壤水分的渗流场和水头等值线,结果显示,排水沟开挖直接加剧了龙日坝地区湿地的退化。     

基于REDRAW 模型的黄河河龙间近年蒸散发特性研究

基于参照干湿限的遥感蒸散发模型(REDRAW)反演了黄河中游河龙区间5个典型子流域2000—2010年的蒸散发,结合归一化植被指数(NDVI)分析了区域蒸散发的年内和年际特征。年尺度流域水量闭合验证结果表明,REDRAW模型反演的区域年蒸散发多年平均为358.3 mm,接近降雨径流之差351.4 mm,平均相对误差2.6%,年尺度ET反演结果较为合理,说明REDRAW在研究区域具有一定的适用性。区域蒸散发与NDVI年内变化较为一致,年际变化存在一定正相关,11年间增长趋势较为明显。区域NDVI的显著增加与植树造林等水保措施有关,结合流域的降雨径流等水文数据分析可知,植被覆盖的增加一方面增加蒸散发耗散,另一方面通过截留等作用促使径流减少。     

基于Priestley-Taylor模型的贵州省涟江流域蒸散发时空变化及其影响因素分析

开展蒸散发时空变化及其驱动因素研究,对流域水土资源开发管理和可持续利用具有重要意义。基于Priestley-Taylor模型,结合地表温度、地表反照率、NDVI、太阳天顶角、DEM、土壤和土地利用覆盖类型等多源遥感数据,对贵州省涟江流域2005—2014年ET(Evapotranspiration,蒸散发)时空格局及其影响因素进行研究。结果表明:Priestley-Taylor模型在涟江流域的反演精度良好,相对误差为-1.39%～12.05%,估算结果能够满足该区的蒸散发研究需求;涟江流域2005—2014年ET多年均值为901.08 mm/a,总体呈波动增加趋势,增长率为36.8 mm/(10a),年内ET呈春、夏季节高而秋、冬季节低的单峰变化形式;流域ET的空间差异明显,总体呈东南、东北高,西部和中部地区低的空间分布格局,春、夏、秋季ET的空间分布与多年平均空间分布基本一致,而冬季的空间分布较为不同;不同土地覆盖类型的蒸散强度表现为:常绿针叶林永久湿地落叶阔叶林裸地或低值被覆盖地城市建成区,高植被覆盖区的蒸散发大于低植被覆盖区;不同土壤类型的蒸散发表现为:石灰土黄壤红壤水稻土紫色土。石灰土的土层较薄,蒸散量较大,不利于土壤水分涵养。     

珠三角滨海小流域降雨入渗试验与模拟研究

调查了中山大学珠海校区滨海小流域内的土壤质地情况,着重分析了其中一个径流试验场A中的土壤颗粒组成;根据实测土壤含水量、土壤吸力数据,用Gauss曲线拟合了吸水过程的土壤水分特征曲线,并编制了计算一维非饱和土壤水运动的计算机程序,模拟分析了径流试验场A在一次降雨入渗过程中、土壤含水量、土壤基质势的变化,获得了不同深度处的土壤吸水过程的水分特征曲线。     

复合生态系统的降雨截留过程模拟

在水文水资源分析计算中，对降雨损失的处理，往往只对蒸散发和土壤下渗量进行计算，忽视了植被的降雨截留损失，这样至少说在理论上是不完善的。因而，在水文分析计算中，准确模拟植被的降雨截留过程，对合理评价水资源量，具有现实意义和理论价值。在系统分析复合生态系统的降雨截留过程的基础上，建立了半理论的复合生态系统截留计算模型，用于小型生态流域模拟降雨截留过程，不仅丰富了水文学的内容，而且完善了降雨损失计算的理论。     

湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨的响应

为分析湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨响应的规律,基于实地逐日监测记录的灌丛土壤水分和降雨数据,对冬季灌丛土壤水分与降雨的响应关系进行分析。结果表明：小于5.80 mm的12场小降雨事件对土壤水分无法进行有效补给,大于20 mm的2场降雨事件能够有效补给土壤水分,土壤水分的响应时间随着降雨量的增加而加快。根据土壤水分变化趋势,冬季灌丛土壤水分变化可划分为3个阶段：土壤水分消退期、土壤水分上升期、土壤水分平稳期。冬季,受植被截留、地表枯落物吸收等因素的共同影响,导致小降雨事件不能使灌丛土壤水分得到有效补给,表现出平稳或微减的变化;大降雨事件对灌丛土壤水分起到有效补给,能够促使更多水分向深层渗透,显著改善深层灌丛土壤水分状况,且雨前土壤含水量越低,降雨对表层土壤水分的补给越大。冬季灌丛土壤水分的入渗深度主要受强度适中、历时长、雨量大的降雨影响,且雨前土壤含水量越高,则降雨的入渗深度越大。     

黑河上游高寒草地蒸散发日变化及其影响因子分析

基于箱式气体交换观测原理,采用Li-8100A通量自动测量系统测定了黑河上游高寒草地群落蒸散发量,并采用相关系数和通径系数分析了高寒草地蒸散发日变化与环境因子的关系。观测结果显示:Li-8100A能够较好地观测草地群落的蒸散发日变化过程;生长季旺盛期晴天高寒草地蒸散发日变化呈单峰变化;有草覆被和没有草覆被样点之间存在较大差异,通过两者之间差值可将植物蒸腾和土壤蒸发区分开来。相关系数和通径系数分析显示,影响高寒草地蒸散发日变化最大的影响因子是空气温度,其次是土壤水分和风速,而土壤温度、太阳辐射主要是通过空气温度而间接影响蒸散发速率日变化。     

亚热带草地水热动态变化及地表能量分配

土壤水热变化是生态水文过程研究中的重要一环，而关于亚热带沿海地区草地土壤水热的研究相对不足。利用实地观测资料对亚热带校园区的草地土壤水热、地表能量平衡进行了研究，结果表明：(1)草地土壤水分在干湿季受降雨影响不同，降雨在干季引起的土壤水分变化会比湿季更大，研究期内12月20日，日降雨量为15.2 mm,土壤水分变化为0.12 m³/m³,5月1日时日降水量为120.3 mm,土壤水分变化仅为0.11 m³/m³;(2)在土壤水势梯度垂向变化上，湿季土壤水势梯度零通面出现在10～30 cm内，干季土壤水势梯度零通面出现在50 cm左右；(3)根据土壤水分对降雨的响应，干湿季节降雨后土壤水分运移主要发生在0～40 cm土壤深度；(4)土壤温度的变化受季节气温影响大，表层土壤温度梯度大，春夏季节，土壤温度随土壤深度的增加而减少，秋冬季节，土壤温度随土壤深度的增加而增加；(5)相邻2个月内，湿季草地蒸腾相对于干季明显减少，在能量分配上，湿季虽然降雨多，能量通量少，但是潜热通量的占比却反而升高，0:00—6:...     

鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文过程模拟初探

系统研究鄱阳湖洲滩湿地大气-植被-土壤-地下水系统生态水文过程对于鄱阳湖湿地植被生态系统的保护具有重要意义。以修水和蚌湖之间的洲滩为研究对象,通过耦合降水截留、蒸散发、植被根系吸水、土壤水运动和地下水运动模块,构建了鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文模型,并对蒸散发、土壤湿度和地下水位变化过程进行模拟。研究结果表明,模拟结果能较好地反映鄱阳湖典型洲滩湿地的生态水文特征,研究成果能够为鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文模型研究提供理论参考。     

基于饱和-非饱和流动理论的土壤水运动模拟

采用一维垂向饱和-非饱和运动方程研究模拟土壤水分变化和浅层地下水位的起伏,并辅以土壤蒸发、土壤下渗、地下径流等模型。选取地下水位埋深浅,且受降雨影响明显的典型平原区旱地作为研究区,采用土壤水分观测仪、地下水位观测井以及降雨蒸发观测站联合对试验区水文过程进行观测,尝试提出具有较强物理意义的平原区产流模型。模型计算结果与试验区观测结果对比显示,模型能较好地反映试验区土壤水分及地下水位变化过程。     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

温度和水汽对土壤水动态影响的模拟研究

本文通过以Richards方程为基础的等温模型和以水汽热相互作用理论为基础的耦合模型分别对不同水位埋深条件下土水动态过程进行模拟。两种模型运行期都为一年,使用相同的大气强迫数据,计算结果进一步与蒸渗仪实测数据进行比较。结果表明等温模型存在旱季低估剖面含水量而雨季高估该值的计算偏差;而考虑了温度和水汽对土水运动影响的耦合模型,则可合理地预测出剖面含水量随降雨事件迅速增加以及雨后含水量缓慢减小的过程。耦合模型比等温模型更好地模拟出了地下水净补给量和土壤蒸发量的季节性变化过程。水位对地下水净补给量年累计值产生影响的极限深度为350cm,对土壤蒸发量年累计值产生影响的极限深度为150cm。     

降雨强度对土壤水再分布的影响

为了研究降雨强度对降雨入渗土壤后的水量分布规律,对不同降雨强度下坡耕地0～100 cm土壤含水量消退过程进行了分析。结果表明:降雨入渗后表层土壤含水量急剧增加,土层越深,变化幅度越小;随着停渗时间的延长,上层土壤含水量明显减小,下层土壤含水量稳定增加;降雨强度越大,转化成土壤水的水量越多,停渗后表层水分损失就较少;土壤水变化幅度越小,土壤水消耗过程越短,土壤水再分布影响的土层越深。     

植被覆盖对土壤水蚀的影响评价

植被作为影响水土流失的一个重要因子,一直受到人们的广泛关注.植被是防止水土流失的积极因素,也是土壤侵蚀预报模型中的重要因子.植被的冠层对降雨的截留作用以及对降雨侵蚀动力的影响,地表枯枝落叶层的水土保持作用,地下根系提高土壤抗冲性等都影响着土壤水蚀.在研究评价植被与水土流失关系过程中,常用的主要植被参数就是植被覆盖度.论述了植被覆盖度与土壤水蚀的几个参数的关系：覆盖度的增长,可以缩短地表径流过程,增加土壤入渗量,减少地表径流量;植被覆盖度与土壤水蚀量成反比.     

陆地蒸散发分割方法及影响因素研究进展

蒸散发（ET）是陆地水文循环的重要组成部分,蒸散发分割及其影响因素辨识在气象、水文和农业等领域均有重要意义。为研究不同蒸散发分割方法的适用性及不同时间尺度上蒸散发分割的影响因素,在总结不同蒸散发分割方法优缺点的基础上,探讨了日和季节两个时间尺度上蒸散发分割的影响因素。结果表明：水文气象和同位素方法适用于田间尺度,数值模拟方法适用于区域尺度;在日尺度上蒸腾和蒸散发比值（T/ET）与太阳辐射、土壤温度及植被类型（体现在气孔导度差异）等因素呈正相关关系,在季节尺度上T/ET与植被生长状况呈正相关关系,与降水（降水量和降水频次）及土壤含水量呈负相关关系。最后,总结了蒸散发分割研究中存在的不足,从蒸散发分割的方法和影响因素两方面提出了未来研究需要解决的关键问题,以期为蒸散发分割的研究提供参考。