阴山北麓草原区低缓坡面土壤水循环特征研究

摘要

阴山北麓草原随着气候变化和人类活动的不合理利用的作用下，生态环境退化严重。本文运用野外观测和室内外实验相结合的方法研究阴山北麓荒漠草原水循环机理和水土流失等水循环中存在的问题，为治理退化草原和实施草地监督管理提供水资源合理利用依据。
　　 本论文研究的主要内容有：水循环的各个组成部分：降雨入渗的特征、土壤水分时空变化、蒸散量的时间变化和地表径流产生机制与产沙关系，在此基础上建立了简单坡面水循环模型。
　　 主要研究结果为：
　　 (1)阴山北麓荒漠草原区土壤表层入渗率为0.7235mm/min;入渗系数为0.22995;水力传导度为3.6535cm/s(219.21cm/min)。
　　 (2)土壤水分在垂直分布上，在表层到60cm深处的土壤层里土壤含水量以“S”型分布；从表层到30cm深度，受到降雨和蒸发散等因素的综合影响，土壤含水量逐渐减少，40cm深处土壤含水量出现第二高峰，从40cm到60cm土壤含水量也逐渐下降。30cm到60cm深度土壤含水量比表层到30cm深处的土壤含水量稳定。
　　 (3)土壤含水量在时间分布上，土壤含水量从2007年到2009年土壤水分稳定程度在逐年降低。在月份变化上，月平均土壤水分的高峰值并非出现在降雨集中的7、8、9月份，而是出现在4月或10月份。土壤水分的日变化驱动因子是降雨；降雨条件下，10cm和30cm深度的土壤含水量升高；无降雨条件下，受蒸发散的影响，土壤水分持续减少。
　　 (4)对观测值的基础上建立简单的土壤水分消耗模型。通过对模型计算，从土壤最大湿度值到植物萎蔫係数时，在10cm和30cm深度分别需要16天和19天。
　　 (5)在土壤非饱和状态下，产生径流的降雨动能界限在150-190J/(m2·cm)之间。能够产生径流的降雨动能与降雨量乘积通常都在110J/m2以上，低于此值的降雨或者降雨强度太弱，或者降雨量太小而不能产生径流；高于此值却没有产生径流的降雨通常为降雨历时时间很长，最强瞬间降雨强度在1cm·h-1以下，在土壤入渗率以下。产生径流的降雨侵蚀力(R值)最小为97，其他均大于145，观测到的最大值为574。
　　 (6)与降雨过程同步监测的土壤水分变化状况看，在发生径流时，5cm～10cm深度土壤水分基本无变化或变化幅度很小，表明研究区径流为超渗地面产流。
　　 (7)在径流初始阶段内泥沙含量大，之后迅速降低，最后稳定在1g/L以下的水平上。径流开始阶段泥沙含量高达6～7g/l(有时甚至达20.2g/l)。径流产物主要以粉粒(0.002-0.02mm)为主。颗粒中粉粒占80％左右，极细沙粒含量7％，粘粒13％。
　　 (8)在研究区降雨量到地面后的再分配过程中，大部分通过入渗成为土壤水分。再通过土壤的物理蒸发和植物的蒸腾作用，从土壤圈进入到大气圈。降雨的极少部分成为径流，流入到河流之中。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 选题依据

1.2 研究意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 国外研究进展

1.3.2 国内研究进展

2 研究区概况

2.1 自然概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌

2.1.3 气候条件

2.1.4 水资源

2.1.5 土壤及植被

2.2 社会经济状况

3 研究方法、技术路线与数据来源

3.1 研究方法

3.2 技术路线

3.3 数据来源

4 结果与分析

4.1 土壤入渗观测研究

4.1.1 土壤入渗试验方法与原理

4.1.2 土壤入渗试验结果与分析

4.1.3 土壤特征曲线

4.2 荒漠草原土壤水分时空变化规律

4.2.1 研究方法

4.2.2 土壤水分时间变化

4.2.3 土壤水分垂直变化

4.2.4 小结

4.3 墓散量的计算

4.3.1 研究方法

4.3.2 蒸发散的日变化

4.3.3 蒸发散的旬际变化

4.3.4 小结

4.4 降雨强度-坡面径流-产沙关系分析

4.4.1 研究方法

4.4.2 坡面产流的降雨条件分析

4.4.3 降雨强度与地表径流关系研究

4.4.4 地表径流与产沙关系研究

4.4.5 坡面径流侵蚀物质粒径分析

4.4.6 小结

4.5 荒漠草原坡面水循环的经验模型

5 结论

参考文献

致谢