科尔沁沙地坨甸相间地区GSPAC系统水分运移野外试验模拟与分析

【摘要】： 本文依托国家自然科学基金项目“科尔沁沙地坨甸相间地区大气—水文—生态过程耦合试验模拟(50669002)”,在科尔沁沙地坨甸相间地区选定研究区域,以GSPAC(Groundwater—Soil—Plant—Atmosphere Continuum)系统理论为基础,将地下水—土壤—植被—大气作为统一的连续体,利用两年的野外试验数据,以连续的、系统的、动态的观点和定量的方法研究GSPAC系统内不同地貌类型(沙坨地和草甸地)、不同植被覆盖(天然牧草和人工植被)情况下水分的运移规律。 本论文完成的主要研究成果如下: (1)研究坨甸相间地区的大气水对土壤水及地下水的转化和运移规律; (2)对研究区特殊的小型湖泊的水面蒸发强度进行模拟研究。构建适合坨甸相间地区小型湖泊水面蒸发强度模拟的E_(L-DMD)模型; (3)对土壤水向大气水的转化关系进行研究,分析坨甸相间地区土壤蒸发的特点,运用主成分分析法进行沙地土壤蒸发能力气象影响因子的研究,对不同地貌形态、不同植被类型的土壤的蒸发作用进行模拟评估; (4)通过对沙坨地及草甸地日土壤凝结水(Condensation water)的观测试验,分析科尔沁沙地C_W的形成和转化规律,以月为时段分析C_W与空气温度变差ΔTa、空气相对湿度变差ΔRH_a的变化响应关系,并提出了研究区土壤凝结水量补给的Cw_(L-DMD)模型。 本文的创新点有: (1)对科尔沁沙地坨甸相间地区的沙地和草地地貌类型分别进行了不同降雨事件后土壤剖面水分的运移研究,并对两种地貌类型的水分运移规律及土壤水吸力变化情况做了比较分析和研究; (2)将主成分分析法应用于沙地土壤蒸发能力的影响因子的研究,将影响沙地土壤蒸发能力的影响因子归结为三个主成分; (3)提出了适合坨甸相间小型湖泊水面蒸发强度模拟的E_(L-DMD)模型,模型充分考虑了小型湖泊的周边环境对湖泊水面蒸发的影响,把沙坨地与小型湖泊地的温度差ΔT_(D-L)以及草甸地的相对湿度RH_M均作为模型影响因子,该模型较好的反映了坨甸相间的地貌形态对小型湖泊水面蒸发强度的影响效应; (4)从土壤凝结水形成的机理分析入手,将凝结水补给量分两部分进行模拟。用计算模型模拟了研究区试验样地凝结水的补给量W_(C_W),通过与实测值的对比分析,验证了模型的可靠性。