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华北平原地区土壤蒸散发计算模型研究
发布时间:2021-07-19 05:31
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本文摘要:概要:土壤煮弥漫量的计算出来,在墒情预报、降雨径流计算出来及水资源评价中都占据最重要的地位。利用水力式土壤蒸发器及其设施的气象、电磁辐射、水面蒸发仪器观测资料,综合考虑到土壤植物大气系统中的各个因素对土壤蒸散的影响,创建了适合于黑龙港流域的土壤骑侍郎量计算模型。 关键词:土壤煮弥漫含水率土壤植物大气系统地热传导 1、土壤煮弥漫影响因素 土壤煮弥漫还包括土壤冷却和植物冷却(弥漫),是半干旱半湿润的黑龙港地区水文循环主要的开支项。

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概要:土壤煮弥漫量的计算出来,在墒情预报、降雨径流计算出来及水资源评价中都占据最重要的地位。利用水力式土壤蒸发器及其设施的气象、电磁辐射、水面蒸发仪器观测资料,综合考虑到土壤植物大气系统中的各个因素对土壤蒸散的影响,创建了适合于黑龙港流域的土壤骑侍郎量计算模型。  关键词:土壤煮弥漫含水率土壤植物大气系统地热传导  1、土壤煮弥漫影响因素  土壤煮弥漫还包括土壤冷却和植物冷却(弥漫),是半干旱半湿润的黑龙港地区水文循环主要的开支项。将近几十年来由于人类对大大自然改建能力的大幅度提高,土壤煮弥漫量在水文循环中的比例大幅度提高,局部地区、部分年份的蒸弥漫量甚至小于降水量深层地下水开采量、外流域谓之水量的一部分也消耗于蒸弥漫。

区域煮弥漫量的主要影响因素有土壤、气象、作物三个方面。  1.1土壤因素  影响土壤煮弥漫的土壤因素可分成土壤含水量、地下水挖出浅、土壤质地及结构、土壤色泽与地表特征。  (1)土壤含水量  土壤含水量是影响土壤水分冷却的主要因素。

土壤含水量低时,土壤冷却实质上相似权利水面蒸发,冷却亲率比较稳定。随着土壤含水量增加,非饱和渗透系数减少,给养冷却的水分号召增加。

当土壤含水量增加至非饱和渗透系数相似零时,土壤冷却全部以水汽蔓延方式展开。  (2)地下水挖出浅  地下水挖出浅越浅,土壤蒸发量越大。

如果地下水面相似地面,其蒸发量甚至小于平滑水面的蒸发量。因为冷却表面面积减小了、反射率增加了。  (3)土壤质地及结构  土壤质地及结构关系孔隙的数量、体积及其连通性,也影响到非饱和渗透系数。

根据水分在非饱和土壤移动情况,各种土壤的非饱和渗透系数的大小为:粘土重粘土细砂壤土沙土。另设粘土土壤(直径大于0.07mm)的蒸发量为100%,则直径0.25~0.5mm的土壤蒸发量为81%,而直径1.0~2.0mm的土壤为22.2%.  (4)土壤色泽及地表特征  土壤色泽影响土壤吸取太阳辐射,因而影响于土壤温度和冷却。土壤颜色愈深,蒸发量越大。

黄色土壤的蒸发量比白色的大7%,棕色土壤的蒸发量比白色的大19%,黑色土壤的蒸发量比白色的大32%(对太阳光的反射率有所不同)。  由于风的紊动起到,高地的土壤蒸发量较谷地和盆地的大,坚硬地面的蒸发量较光滑地面的大。

地表坡向有所不同,放热也有差异。15的南向斜坡的土壤蒸发量作为100%,则东向斜坡的蒸发量为86%,北向斜坡为71%.[1]  1.2气象因素  主要还包括电磁辐射与气温、湿度、风和降水方式四个方面内容  (1)电磁辐射与温度  倒数冷却必须有倒数供给汽化潜热的能量,太阳辐射是汽化潜热能量的来源,黑龙港流域天文辐射量较小,但是晴天的机会多,取得太阳的能量多,所以土壤蒸发量小于天文电磁辐射大,但是常常阴天的南方地区。气温和地温对于冷却的影响很必要,气温要求空气中饱和水汽含量和水汽蔓延的高低,地温要求土壤中水分子的活跃程度,因此气温和地温越高,土壤冷却就越反感。

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  (2)空气湿度  大气的相对湿度是影响冷却的最重要因素。当温度为17℃~18℃,平均值相对湿度从91%降至75%,日蒸发量从2.5mm减至6.3mm.在大气中水汽相似饱和状态的季节,土壤冷却速度较小。

此外地面以上的湿度梯度越大,土壤冷却就越反感。  (3)风速  风使相似土壤表面的空气连续不断地被扰动,将相似饱和状态的空气拿走,以较潮湿空气替换。

风速越大,冷却起到就越强劲。当风速为5.4m/s时,从100m3方形土柱中冷却的水量为7.8g/小时,而当风速为0时,蒸发量仅有为0.3g/小时。

[2]  (4)降水方式  土壤中供冷却的水分与降水的数量、降水方式有关。降水量多,蒸发量大。同量的降水如果分为几次小雨降下来,冷却也多。

  1.3植物类别和生长期  (1)植物品种  仙人掌、松树等针叶植物的蒸弥漫量小,南方的大叶植物煮弥漫量比较较小。同一种植物,因为遗传因素、栽种密度、生长状况有所不同煮弥漫量有所不同。  (2)植物的生长阶段  植物生长初期,苗小生长快,叶面面积小,土壤煮弥漫以土壤冷却居多。

随着植物生长,叶面积减小以及气温增高,植物弥漫逐步占到主导地位,煮弥漫总量减少。生长后期,由于植株凋亡,弥漫能力减少,煮弥漫总量增加。

  2、土壤蒸散量(Et)计算出来模型的创建  土壤蒸散是牵涉到土壤植物大气系统的比较复杂的物理过程。其计算出来模型能用下式创建:  (1)  (2)  式中:  体现大气和植物因素的陆面蒸散能力;  体现土壤因素的以土壤有效地含水量为指标的一个函数;  用修正后彭曼公式计算出来获得的土壤充足湿润情况下的土壤蒸散量,它体现大气因素;  Q地热传导修正量;  R体现植物因素的植物弥漫系数;  下面就上述各个量的确认方法分别辩论:  2.1陆面蒸散能力(Em)的计算出来。  用衡水水文实验站20平方米蒸发量代表大自然水体的蒸发量E0与彭曼公式计算出来获得的冷却值E计相比较,找到其差值很有规律:E计4~8月份系统稍大、9月到次年2月系统稍小。

用重返分析方程及相关系数;  48月:互为关系系数r=0.943(3)  9次年2月:互为关系系数r=0.920(4)  式中E数则本站资料代入彭曼公式计算出来值。  彭曼公式开始主要用作水面蒸发计算出来,但公式的基本假设也限于植被地段表面的情况,即当土壤表面有充份水分供应时,可以得出结论主要各不相同气象条件的有可能冷却值。

两者不同之处在于下垫面差异,能用反射率这个参数体现。  2.1.1地热传导(Q)的确认  彭曼公式在推论过程中,忽视了地热传导。然而土壤的热量与植物生长有密切联系,白天地表面获得电磁辐射热量,一部分向地表以下的土层传导并汇聚在土壤中,夜间它又沦为表面热源减小冷却。

一年中的寒冷季节土壤吸取和储存热量,到严寒季节则把热量获释过来。  如果把土壤分成耕作层和较深的土层(040厘米为耕作层,40160厘米为下层),土壤热通量的计算出来式为:  (5)  式中:Q土壤热通量焦耳  Z耕作层深度cm  CP土壤容积热容量焦耳/(cm3.度)  T4040厘米地温℃  T160160厘米地温℃  h平均值热传导系数焦耳/(cm.℃)  △T计算出来时段内温度变化℃  式(5)中,传达土壤性质的土壤容积热容量Cp、平均值热传导系数h在大自然条件下测量较为艰难,但能用Cp、h与土壤湿度的关系来传达。  2.1.2植物弥漫系数(R)的确认  在有作物生长的农田里,水分一方面通过土壤表面冷却,另一方面通过土壤中的根系吸取到作物体内,然后由作物叶面的气孔输送到大气中,构建作物与大气间的水分互相交换。

各作物在有所不同的发育期,根系对土壤水分的吸收能力有所不同。假设作物发育期生理因素用弥漫系数R回应,通过对两台完全相同土壤蒸发器有所不同处置条件下(一个种作物、一个裸地)蒸散量的分析,获得种冬小麦、夏玉米等作物本地区弥漫系数R与美国人布兰。克里德尔计算出来的旱季半干旱地区的蒸散能力而引进的体现生长阶段对蒸散的影响的修正系数趋势完全一致。  2.2土壤因素(W)的确认  土壤水分的蒸散是通过土壤表面和植被表面展开的。

在蒸散过程中,表层以下的水分以毛管水的形式向下运动,运动的速度和土壤的有效地含水量有一定的关系。土壤中水量的多少是蒸散再次发生的内因。对衡水实验站的测算资料展开分析表明,直到土壤含水量增加到比田间所持水量较低到某一数值时实际蒸散量相等蒸散能力,当土壤含水量或有效地水分之后增加时,土壤渐渐变干,土壤蒸散量很快变大。

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右图为1986、1987年衡水实验站1.0米土层内,比较有效地水分(W-WP)/(Wk-Wp)与实际蒸散量和蒸散能力之比Et/Em的关系图。  从上图由此可知,当比较有效地水分(W-WP)/(Wk-Wp)大于65%时,Et/Em与比较有效地水分的关系相似线性。当比较有效地水分小于65%时,Et=Em.  用数学式子回应:  (W-WP)/(Wk-Wp)65%时,Et=Em  (W-WP)/(Wk-Wp)<65%时,Et<Em  并且Et=Em.(W-WP)/(Wk-Wp)(6)  式中:W土层含水量(mm);  Wp蒸散等于零,即土壤水分无法可供蒸散时的土层水量(mm)  Wk田间所持水量(mm)  因此W-Wp为土层的有效地含水量,而Wk-Wp为土层的有效地水分总量。

假设在下水位较深,土壤上层与深层水分互相交换可忽略不计。由于土壤含水量和凋萎点是随深度而变化的,如分层计算出来,蒸发量可由土层的水分变化来回应,设Wk-Wp=b则  (7)  式中土壤层次;Z0土层深度;如Z0=1.0米,则  (8)  即1.0米浅土层中的有效地水分,在无外界可选水分(如无降水)时土壤含水量随时间呈圆形单调上升变化,若Em为时间t内的有可能煮弥漫量,则由(7)式得:  (9)  (9)式是一个线性微分方程,对它两边分数后求得时间间隔t内的蒸散量Et为:  (10)  式中、为时段t开始和完结时1.0米浅土层的储水量,如果时段t内有可选降水(如在第n日有降水P),且降水后土壤含水量并未超过临界含水量,时段t内的蒸发量Et为:  (11)  即减少了一个可选的冷却项。  如果时段t内有可选降水(如在第n日有降水P),且降水后土壤含水量多达临界含水量,时段t内的蒸发量Et为:  (12)  如时段内有两次以上降雨,可根据上述原理,按计算出来模型得出结论蒸散量。

  在实际蒸散量的计算出来中,由于土壤性质和作物种类及发育期的有所不同,临界含水量Wk有一个变动的范围。为了确认较为可信的Wk值,在有所不同的作物及同一作物的有所不同发育期,在未知土壤为过于湿润的情况下,利用土壤蒸发器测算的蒸散量反求临界含水量Wk.由上式得:  (13)  其中与生物学上的凋萎点的观念有些有所不同,因为当土壤含水率高于生物凋萎点而低于仅次于吸食湿度时,仍有显著的蒸散再次发生。

参照土壤湿度观测资料所取Wp仅次于吸取湿度=平稳凋萎点/1.34,计算出来中所取Wp=42mm.通过反求找到:作物在有所不同的发育阶段临界含水量Wk有显著的规律变化。如冬小麦在采收到返青临界含水量与裸地基本相同,平均值为300mm,在拔节后很快增大到230mm,至灌浆超过最小值180mm,主要发育期临界含水量平均值为了220mm.在土壤蒸散条件下,当土壤水分高于田间所持水量时,土壤中的悬着水将随着土壤表层水分的增加向下运动,这种从深层向土壤表层的水分补足是较为较慢的,使蒸散受到一定的容许。在有作物生长的土壤中,作物根系散播在较深的土层中,当土壤表层因冷却而使水分增加时,由于深层土壤水分变化较小,对作物根系的吸取无显著影响,适当的临界含水量必定高于裸土和作物小苗期的临界含水量。模型计算出来中所取5月~9月的Wk=220mm,其它月份Wk=300mm.  3、模型的检验  用上述方法计算出来的土壤蒸散量其结果和实测值较为,除个别点(由于土壤蒸发器修理、土柱换土导致土柱含水率产于与大自然状况不完全一致,蒸散量不受影响)差距较小外,总的变化趋势是完全一致的。

以1986和1987年为事例,月均值差距大于10%的点占到55%;月均值差距大于20%的点占到80%以上,年蒸散量差值皆在10%以内。指出该模型能超过一定的精度。  综合上述分析,本模型把土壤大气植物三个系统联系一起,完全考虑到了影响作物蒸散量的所有因素,而这些因素又都难于从现有气象台站日常观测资料中获得,为实际应用于获取了便捷条件。  结语:  (1)计算机的普及为模型的数学计算建构了辽阔的前景,可以在短时间内计算出来兼任一时间段的土壤实际蒸散量,进而推算出土壤的水分状况。

而这些是土壤墒情预报和水资源调度急需解决的问题。依据蒸散模型创建一个蒸散和土壤水分监测系统对水资源极为馈乏的河北省特别是在适当。  (2)土壤蒸散牵涉到到多个学科,模型的准确性、可靠性还要在以后的实际运用中更进一步检验。

  参考文献:  [1]裴步详,冷却和蒸散的测量与计算出来,气象出版社,1989年  [2]施成熙,农业水文学,农业出版社,1984年作者:吕增起付学功  [3]涂大正,植物生理学,东北师范大学出版社,1989年.。


本文关键词:华,北平,原地区,土壤,蒸,散发,计算,亚搏手机版官方下载,模型,研究

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