季節性凍融期土壤蒸發規律的試驗及模擬研究

《季節性凍融期土壤蒸發規律的試驗及模擬研究》是依託太原理工大學，由鄭秀清擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：季節性凍融期土壤蒸發規律的試驗及模擬研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭秀清
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

冬春季節凍融土壤蒸發因直接關係到乾旱、半乾旱氣候區土壤水資源高效利用、農業可持續發展而備受關注，凍融期不同地面調控措施下水熱鹽耦合遷移驅動機制及蒸發規律不清、可行的蒸發量預報方法欠缺，是目前蒸發有效抑制的瓶頸。本研究採用系列田間土壤蒸發試驗、室內外蒸發物理模擬實驗與數值模擬相結合的方法，揭示土壤凍結、融化作用對土壤蒸發的影響機理；探索土壤剖面地表附近非均質層對土壤蒸發的阻滯機制；研究凍融期裸茬地和深耕地在不同地表調控措施（地表秸稈覆蓋、粉砂層覆蓋、地膜覆蓋、冬春灌溉）下土壤蒸發規律；分析土壤質地、結構、凍結特徵、地下水位埋深對蒸發的影響。構建以大氣蒸發能力、土壤凍結特徵、地溫或累積負溫和液態水含量為主要因子的蒸發量預報經驗模型；建立包含水分三態相變的垂向一維水熱鹽耦合遷移數值模擬模型，實現冬春季節土壤蒸發的動態預報。本研究將從理論和實踐上為抑制土壤蒸發、提高水資源利用率開闢新途徑。

結題摘要

探索季節性凍融期的土壤蒸發規律，尋求科學、合理可行的保墒措施，已成為乾旱、半乾旱氣候區水資源高效利用、農業生產可持續發展的關鍵問題之一。以山西省水文水資源勘測局太谷均衡實驗站為試驗基地，本項目採用系列田間土壤蒸發試驗、室內外蒸發物理模擬實驗與數值模擬相結合的方法，主要完成了不同地表調控下的田間土壤蒸發試驗、不同冬春灌溉條件下田間土壤蒸發試驗、田間非均質土壤蒸發試驗、室內物理模擬蒸發試驗、覆蓋層—凍土—非凍土系統水、熱耦合遷移數學模型的建立、驗證等工作，探討了凍融期土壤蒸發規律、影響因素及蒸發機理。選取影響土壤蒸發的氣象因子和土壤水熱特徵因子共9個影響因素，採用主成分分析法分析了不同地表處理條件下影響凍融土壤蒸發的主要因素；基於數據驅動的人工智慧算法研究了凍融土壤蒸發預報模型。主要結果：土壤深耕對凍融期土壤蒸發具有抑制效果，凍前灌水對穩定凍結階段土壤蒸發影響小。凍融期地表不同粒徑砂層覆蓋對土壤蒸發的影響顯著，隨著覆砂粒徑的增加，對土壤蒸發的抑制效果越明顯。覆砂厚度1cm、2cm、3cm和4cm的土壤凍融期累積蒸發量分別為24.5mm、20.1mm、17.6mm和16.7mm，較裸地分別減少2.4%、20%、30.1%和33.7%。凍融期不同地表處理條件下的土壤累積蒸發量隨時間的變化較好地符合冪函式關係。研究成果可為解決乾旱半乾旱地區土壤儲水保墒、抑制土壤水無效耗散提供依據，同時可為乾旱、半乾旱氣候區水資源評價和節水型農業的發展提供理論和實踐套用的指導。