生态建设条件下坡面土壤水分消耗与补偿特征模拟研究

发布时间：2020-08-13 09:17

【摘要】：黄土高原丘陵区水资源匮乏、生态环境脆弱、水土流失严重,直接威胁着该地区社会经济和生态环境的可持续发展,而土壤水资源的匮乏更会影响植被生长和生态建设,使得生态环境进一步恶化。黄土高原土层深厚,地下水埋藏较深,因此降水是黄土高原丘陵区土壤水分的唯一来源,是限制植被生长的重要因子之一,同时也影响着坡面土壤水分消耗与补给过程。本文选取黄土高原丘陵区安塞径流小区坡面作为研究区域,基于土壤水分在线监测与不同土壤深度样品采集,通过分析实测资料,采用灰色关联分析法,研究了影响土壤水分动态变化的主要因素,阐明了土壤水分对降雨的响应规律,并结合Hydrus模型,模拟了不同降雨条件下土壤水分的变化特征,揭示了坡面土壤水分消耗与补偿,为黄土高原丘陵区土壤水资源高效利用及植被恢复提供了科学依据。取得的主要研究结论如下:(1)基于实测资料分析了土壤水分对降雨的响应过程。研究发现土壤水分对不同降雨的最大响应深度有所不同,小雨最大可引起浅层(10～40cm)土壤水分增加,中雨最大可引起20～60cm 土层土壤水分增加,大雨则可补给深层土壤水分。研究在相同降雨条件下,坡耕地土壤水分对降雨的响应深度更深,响应速度更快,草地次之,林地的响应深度最浅,响应速度最慢,降雨量越大时,这种现象越突出。降雨过后土壤水分消退过程与土地利用类型、土壤质地及降雨强度有关。降雨过后土壤水分消退呈现日变化趋势,白天土壤水分消退速率增大,夜间土壤水分消退速率降低,坡耕地、林地、草地土壤水分的消退速率略有不同,土壤水分平均消退速率总体呈现为:草地坡耕地林地。(2)基于灰色关联法分别分析了在无雨期和降雨期环境因素对土壤水分变化的影响。研究发现在无雨期,三种土地利用类型中浅层土壤水分最主要的影响因素是日平均相对湿度,而深层土壤水分最主要的影响因素是土壤温度;在降雨期,三种土地利用类型土壤水分最主要的影响因素是土壤前期含水量,其次是日平均相对湿度。(3)利用HYDRUS-1D模拟不同降雨条件下的土壤水分入渗过程,经验证Hydrus模型可以较好的模拟研究区不同坡面的土壤水分变化过程,土壤水分模拟值与实测值评价指标R2均大于0.7,相对误差均小于2.0%,模型能够精确地反映出不同土地利用类型土壤水含量随时间和深度的变化趋势,证明模型可靠,可以适用于该地区。基于已验证的模型模拟不同降雨情景下水分动态变化发现,降雨强度、降雨历时对土壤水分动态变化均有所影响,且不同降雨条件下水分入渗深度有所不同。(4)阐明了黄土丘陵区坡面土壤水分消耗与补偿特征。土壤储水量年内变化可划分为土壤水分消耗期(4月～6月)、土壤水分恢复期(7月～10月)及土壤水分稳定期(11月～3月)三个时期。不同土地利用土壤水分亏缺表现出一定的季节性变化。不同土地利用类型4～6月,土壤储水量亏缺度大小为草地林地坡耕地。7～10月土壤储水量亏缺度大小为:林地草地坡耕地。雨季末三种土地利用类型土壤储水量亏缺补偿度均为正值,表明降雨对土壤水分的补偿量大于土壤水分自身的消耗量,整个雨季土壤储水亏缺均得到有效的补偿。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152.7
【图文】：

技术路线图

西安理工大学工程硕士专业学位论文2 研究区概况与计算方法2.1 研究区概况2.1.1 地理概况安塞县位于陕西省北部，延安市正北，地处西北内陆黄土高原腹地、鄂尔多斯盆地边缘，地理范围36°30′45″N～37°19′3″N、108°5′44″E～109°26′18″E，总土地面积为2950 km2。安塞县属典型的黄土高原丘陵沟壑区，地形地貌复杂多样，境内沟壑纵横，梁峁遍布，沟壑密度为 47000 条/km2。试验区安塞水土保持科学试验站位于安塞县后山，地理范围36°51′15″N～36°51′19″N, 109°18′58″E～109°19′01″E，海拔 1012～1430m，地处延河支流杏子河下游的一级支沟内。研究区的地理位置图如图 2-1。

水的持续时间，因此降水是导致土壤水分时空变异的主要因素，降水量、格局均会对土壤水分变化造成影响。于研究区2017年4～10月气象数据及土壤水分实测数据，分析研究区降雨研究不同土地利用类型下土壤水分对降雨的响应特征，探究典型降雨下水析影响土壤水分变化的主要因素，为该区域土壤水资源研究提供科学依据区降雨特征区 3～10 月的降水占全年降水的 90%以上，降雨量、降雨历时、降雨强间构成降雨格局[96]。根据张少康[97]有关安塞地区 1987 年～2016 年的年降果，该区气象站近 30 年多年平均降水量为 485.0mm，近年来年降水量呈速度约为 3.3mm/a。降水量观测资料，2017 年研究区年降水量为 485.6mm，与研究区多年平据降雨年型划分标准为平水年[97]。图 3-1 为 2017 年研究区逐月降水量柱以看出，2017 年月降水量最大的两个月份分别为 8 月和 10 月，月降水 和 114mm；月降水量较小的月份为 1 月、11 月及 12 月，月降水量分别为 1mm。

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本文编号：2791808