淮北平原土壤湿度变化特征及其与潜水埋深响应关系

发布时间：2019-07-31 07:37

【摘要】：基于安徽省五道沟水文水资源实验站监测数据,采用小波分析、记忆能力分析法、时间序列分析法和经典统计学方法分析了1997~2005年不同地下水埋深下的土壤湿度。结果表明,研究区土壤湿度的季节变化显著,有两干两湿期;年际变化各层基本一致,有3~5年和1.5~2.5年的时间周期规律;土壤湿度变化除受上边界条件影响外,受下边界条件潜水埋深影响也显著,深层土壤湿度与潜水埋深一直保持显著的非线性幂函数负相关关系。
【图文】：

壤（砂礓黑土）的分布特征及其影响因子具有重要意义。目前对各类土壤的湿度垂直分布特征的研究较少，也未涉及过砂礓黑土。鉴于此，本文选择五道沟水文水资源实验站观测资料，采用小波分析、记忆能力分析等方法，分析了砂礓黑土的土壤湿度分布特征，探究了地下水浅埋地区土壤湿度与潜水埋深关系，定量描述了土壤湿度及潜水埋深对后期气候、水文要素的影响，获得了一些有益的结论，可供借鉴。２研究资料与方法２．１数据资料选取安徽省五道沟水文水资源实验站１９９７～２００５年径流试验场中Ｉ２井（图１）的土壤水、潜水埋深及气象场的降水资料。五道沟水文水资源实图１径流试验场示意图Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃａｔｃｈｍｅｎｔ验基地是淮北平原区大型综合试验研究基地，径流试验场主要由互相嵌套的三个大、中、小径流场组成。Ｉ２井位于大尺度径流场中，场内主要种植黄豆、棉花和玉米［１］。土样提取时间间隔５～１０ｄ，垂向上分８层（０～１０、１０～２０、２０～３０、３０～４０、４０～５０、５０～６０、６０～８０、８０～１００ｃｍ），土壤湿度由烘干法测定，用质量含水率表示，土壤类型为砂礓黑土。１９９７～２００５年取土样共计５７５次，９年的年平均降水量９３９．７８ｍｍ，日平均降水约２．６ｍｍ。９年的年平均蒸发皿蒸发量９３７ｍｍ，日平均蒸发量２．６ｍｍ。本文取土壤湿度旬平均值进行研究。

淮北平原土壤湿度变化特征及其与潜水埋深响应关系

２．２研究方法采用经典统计学方法、时间序列分析法、小波分析和记忆能力分析法解析土壤湿度的多尺度特征及其与潜水埋深的关系。（１）小波分析。小波分析是一种信号的时间尺度分析法，用Ｍｏｒｌｅｔ小波分析法可揭示土壤湿度、降水等水文要素的时间尺度和出现变化的时间位置和强度［２］，对于给定的Ｍｏｒｌｅｔ小波和水文时间序列ｘ（ｔ），其连续子波变换为：Ｗｘ（ａ，ｂ）＝ａ－１／２∫＋∞－∞ｘ（ｔ）ψｔ－ｂ（）ａｄｔ（１）式中，Ｗｘ（ａ，ｂ）为小波变化系数；ａ、ｂ分别为尺度、时间因子，反映周期长度和时间上的平移；ψｔ－ｂ（）ａ为ψｔ－ｂ（）ａ的复共轭函数。Ｗｘ（ａ，ｂ）确定序列ｘ（ｔ）以时间因子ｂ为中心的时段内，不同尺度ａ的振荡特征［３］。本文对土壤湿度和降水进行小波变化前，去除了１９９７～２００５年平均的季节变化和线性变化趋势。由Ｍａｔｌａｂ７．６计算出小波系数实部后在Ｓｕｒｆｅｒ８．０中成图。（２）记忆能力分析。ＤｅｌｗｏｒｔｈＴＬ等［４］认为降水是时间尺度较小的物理量，降水降落地面被土壤吸收成为土壤水，土壤再将水分缓慢地释放到大气中，使时间尺度延长［５］。其对美国ＧＦＤＬ（地球物理流体力学实验室）大气模式得到的土壤湿度进行谱分析后，认为土壤湿度异常变化类似红噪过程，遵循一级Ｍａｒｋｏｖ理论，受一些白噪过程控制（强迫项），在理想条件下，忽略强迫项降水和冰雪融水，，土壤湿度的自相关系数ｒ（ｔ）是ｅ的指数函数形式［６］：ｒ（
【作者单位】：河海大学水文水资源学院;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室;中国科学院大气物理研究所;
【基金】：国家重点研发计划(2016YFC0402706) 国家自然科学基金项目(41471016) 公益性行业(气象)科研专项项目(GYHY201406021)
【分类号】：P641;S152.71

【相似文献】