半干旱地区半流动沙丘水分深层渗漏量及其对降雨格局的响应
发布时间：2021-08-21 21:40
降雨是荒漠化地区土壤水分的主要补给源,对土壤水分的变化有着深远影响,在沙区深层土壤水分补给中具有重要作用。本研究基于参数优化后的Hydrus-1D模型,分析了半干旱的科尔沁沙地半流动沙丘200 cm深层渗漏量的动态变化过程及其对降雨格局的响应关系。结果表明:2016—2019年4—10月,半流动沙丘的年均渗漏补给量为254.31 mm,占同期降雨量的61.8%。深层渗漏主要发生在6—8月,该期渗漏量占比72.8%;渗漏速率变化在0.03～2.70 mm·h-1,最大渗漏速率发生在降雨量大、频次高的降雨事件下。降雨入渗补给深层土壤水受到降雨量、降雨强度、降雨历时及前期土壤水分含量的影响,历时长、雨强小的降雨事件更有利于水分深层渗漏,渗漏量与降雨量呈显著正相关关系（R2=0.85）,16～18 mm降雨量是产生土体200 cm深度渗漏的阈值。高频次降雨事件通常在17～38 h后达到渗漏速率峰值,整个渗漏过程长达164 h以上。深层渗漏量的准确估算对荒漠化地区水资源评价和生态建设具有理论和现实意义。
【文章来源】：应用生态学报. 2020,31(08)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
土壤水分和土壤蒸发量模拟值与实测值对比
科尔沁沙地半流动沙丘降雨入渗是深层土壤水分的主要补给源,而降雨强度、降雨量、降雨历时和降雨频次等指标是影响半流动沙丘深层水分渗漏补给量的关键因素[19]。研究期内,单次最大降雨量为86.4 mm(历时15.3 h,平均降雨强度为5.647 mm·h-1);平均最大降雨强度为50.42 mm·h-1,均无地表径流产生,因此,整个研究期内降雨入渗过程是单一的入渗-蒸发过程。模拟结果表明,半流动沙丘0～20 cm土层易形成干沙层[20],当降雨事件发生,水分迅速下渗补给表层土壤水分,并随着时间的推移,非饱和湿润锋不断向下移动,水分入渗补给深层土壤水分,然而并不是每一次降雨事件的发生都能渗漏补给到200 cm土层,只有降雨量达到某一阈值,才能有效补给到200 cm土层,否则只能补给表层土壤水分,且消耗于蒸发和土壤水分储量的变化,然而该阈值并不是一个定值,与前期土壤含水率、降雨强度和降雨历时等因素均显著相关,也进一步说明该阈值代表着深层渗漏对降雨事件发生的敏感响应度[21-22]。2.4.1 降雨量、降雨历时和降雨强度对深层渗漏量的影响
由图4可以看出,经优化参数后的Hydrus-1D模型能够反映出降水入渗过程中土壤水分和土壤蒸发量的动态变化趋势,土壤水分和土壤蒸发量各实测值均坐落于土壤水分及土壤蒸发量模拟曲线附近。从土壤水分和土壤蒸发量模拟值与实测值拟合关系可以看出,模型模拟效果较好,相关系数R2分别为0.86和0.91,拟合曲线接近于1∶1趋势线,模型置信度大于95%,说明模拟值与实测值拟合程度较好;均方根误差(RMSE)分别为0.0058 cm3·cm-3和0.15 mm·d-1,说明模拟值与实测值之间偏差较小;模型效率系数(ENS)分别为0.86和0.81,一致性指数(IA)分别为0.88和0.83,说明模拟值与实测值之间吻合程度较高。因此,模型模拟精度满足要求,可以进行后续深层土壤水分渗漏量和动态变化过程定量及定性分析。图4 土壤水分和土壤蒸发量模拟值与实测值对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量[J]. 曹静,阿拉木萨,张圆浩. 中国沙漠. 2019(03)
[2]HYDRUS-1D模型模拟渭北旱塬深剖面土壤水分的适用性[J]. 李冰冰,王云强,李志. 应用生态学报. 2019(02)
[3]毛乌素沙地流动沙丘不同深度土壤渗漏特征[J]. 吴丽丽,程一本,杨文斌,朱斌,党宏忠,李卫,冯伟. 生态学报. 2018(22)
[4]基于土地利用类型的大气降水入渗补给量计算[J]. 张施跃,束龙仓,闵星,胡慧杰,邹志科. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(03)
[5]流动沙丘水分深层入渗量与降雨的关系[J]. 李卫,冯伟,杨文斌,唐进年,党宏忠. 水科学进展. 2015(06)
[6]中国沙漠(地)深层渗漏量及动态特征[J]. 冯伟,杨文斌,唐进年,李卫,党宏忠,梁海荣,张志山. 中国沙漠. 2015(05)
[7]土体含水状态对黄土边坡剥落病害产生的影响[J]. 叶万军,赵志鹏,杨更社,奚家米,张宇宇. 中国公路学报. 2015(07)
[8]科尔沁沙地土壤水分特征曲线传递函数的构建与评估[J]. 姚姣转,刘廷玺,王天帅,童新. 农业工程学报. 2014(20)
[9]我国典型沙漠(地)流动风沙土的深层渗漏量及动态变化[J]. 杨文斌,唐进年,梁海荣,党宏忠,李卫. 中国科学:地球科学. 2014(09)
[10]科尔沁沙地沙丘迎风坡面干沙层的空间分布[J]. 宗芹,阿拉木萨,骆永明,牛存洋,陈雪峰,汪海洋. 应用生态学报. 2012(04)
本文编号：3356383
【文章来源】：应用生态学报. 2020,31(08)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
土壤水分和土壤蒸发量模拟值与实测值对比
科尔沁沙地半流动沙丘降雨入渗是深层土壤水分的主要补给源,而降雨强度、降雨量、降雨历时和降雨频次等指标是影响半流动沙丘深层水分渗漏补给量的关键因素[19]。研究期内,单次最大降雨量为86.4 mm(历时15.3 h,平均降雨强度为5.647 mm·h-1);平均最大降雨强度为50.42 mm·h-1,均无地表径流产生,因此,整个研究期内降雨入渗过程是单一的入渗-蒸发过程。模拟结果表明,半流动沙丘0～20 cm土层易形成干沙层[20],当降雨事件发生,水分迅速下渗补给表层土壤水分,并随着时间的推移,非饱和湿润锋不断向下移动,水分入渗补给深层土壤水分,然而并不是每一次降雨事件的发生都能渗漏补给到200 cm土层,只有降雨量达到某一阈值,才能有效补给到200 cm土层,否则只能补给表层土壤水分,且消耗于蒸发和土壤水分储量的变化,然而该阈值并不是一个定值,与前期土壤含水率、降雨强度和降雨历时等因素均显著相关,也进一步说明该阈值代表着深层渗漏对降雨事件发生的敏感响应度[21-22]。2.4.1 降雨量、降雨历时和降雨强度对深层渗漏量的影响
由图4可以看出,经优化参数后的Hydrus-1D模型能够反映出降水入渗过程中土壤水分和土壤蒸发量的动态变化趋势,土壤水分和土壤蒸发量各实测值均坐落于土壤水分及土壤蒸发量模拟曲线附近。从土壤水分和土壤蒸发量模拟值与实测值拟合关系可以看出,模型模拟效果较好,相关系数R2分别为0.86和0.91,拟合曲线接近于1∶1趋势线,模型置信度大于95%,说明模拟值与实测值拟合程度较好;均方根误差(RMSE)分别为0.0058 cm3·cm-3和0.15 mm·d-1,说明模拟值与实测值之间偏差较小;模型效率系数(ENS)分别为0.86和0.81,一致性指数(IA)分别为0.88和0.83,说明模拟值与实测值之间吻合程度较高。因此,模型模拟精度满足要求,可以进行后续深层土壤水分渗漏量和动态变化过程定量及定性分析。图4 土壤水分和土壤蒸发量模拟值与实测值对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量[J]. 曹静,阿拉木萨,张圆浩. 中国沙漠. 2019(03)
[2]HYDRUS-1D模型模拟渭北旱塬深剖面土壤水分的适用性[J]. 李冰冰,王云强,李志. 应用生态学报. 2019(02)
[3]毛乌素沙地流动沙丘不同深度土壤渗漏特征[J]. 吴丽丽,程一本,杨文斌,朱斌,党宏忠,李卫,冯伟. 生态学报. 2018(22)
[4]基于土地利用类型的大气降水入渗补给量计算[J]. 张施跃,束龙仓,闵星,胡慧杰,邹志科. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(03)
[5]流动沙丘水分深层入渗量与降雨的关系[J]. 李卫,冯伟,杨文斌,唐进年,党宏忠. 水科学进展. 2015(06)
[6]中国沙漠(地)深层渗漏量及动态特征[J]. 冯伟,杨文斌,唐进年,李卫,党宏忠,梁海荣,张志山. 中国沙漠. 2015(05)
[7]土体含水状态对黄土边坡剥落病害产生的影响[J]. 叶万军,赵志鹏,杨更社,奚家米,张宇宇. 中国公路学报. 2015(07)
[8]科尔沁沙地土壤水分特征曲线传递函数的构建与评估[J]. 姚姣转,刘廷玺,王天帅,童新. 农业工程学报. 2014(20)
[9]我国典型沙漠(地)流动风沙土的深层渗漏量及动态变化[J]. 杨文斌,唐进年,梁海荣,党宏忠,李卫. 中国科学:地球科学. 2014(09)
[10]科尔沁沙地沙丘迎风坡面干沙层的空间分布[J]. 宗芹,阿拉木萨,骆永明,牛存洋,陈雪峰,汪海洋. 应用生态学报. 2012(04)
本文编号：3356383
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