干旱区高盐度潜水蒸发规律及数值模拟研究

摘要

在干旱区，地下水往往是主要的甚至是唯一的生产生活供水水源，潜水蒸发是地下水水量损失的重要部分。潜水蒸发过程中将地下水中的盐分运移到土壤表层，造成土壤次生盐渍化。
　　通过利用位于典型干旱区的新疆地质矿产勘查开发局昌吉地下水均衡试验站和新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处灌溉试验站内的室外大型蒸渗仪和直径20cm的小型水面蒸发器，以及室内毛细水上升试验装置。开展不同溶解性总固体(Total DissolvedSolids，TDS)的水面蒸发试验、不同TDS和包气带岩性的毛细水上升高度试验、不同TDS不同潜水埋深和不同包气带岩性的高TDS潜水蒸发试验。分析高TDS下水面蒸发、毛细水上升高度的一般规律，在此基础上分析非冻结期TDS对潜水蒸发影响的规律和机理，最后利用HYDRUS-1D数值模拟软件预测不同潜水埋深条件下高TDS潜水蒸发过程及蒸发量。该研究有助于加深干旱区高TDS潜水蒸发机理的认识，对指导盐荒地开发、盐碱地水盐调控、地下卤水资源开发以及干旱区高TDS潜水分布区地下水资源量的评价都具有十分重要的意义。论文主要的研究成果概括如下:
　　(1)对于干旱地区的高TDS水面蒸发而言，在外部环境条件相同时，水面蒸发量与水体TDS呈显著负相关关系，但随着水体中TDS升高到某一数值后，TDS对水面蒸发的抑制作用程度将会降低。当水体TDS一定时，白天平均水面蒸发量远大于夜间平均水面蒸发量，且相同外界条件下，随着水体TDS的升高，白天和夜间的平均水面蒸发量都随之减少。
　　(2)高TDS水体对不同包气带岩性毛细水上升的影响不仅会改变毛细水的重力势也会对土壤结构产生影响，并且不同岩性在不同TDS水体组合中对毛细水重力势和基质势的改变规律也不同;当供水水体TDS一定，不同岩性的土壤毛细水上升也有不同的规律，但岩性仍是控制毛细水上升的主要因素，供水水体TDS的作用相对较小。
　　(3)潜水埋深为0.0m、TDS为100g/L、包气带为粉质粘土时，年内潜水蒸发趋势与大气蒸发能力EΦ20的趋势相反;当潜水埋深大于0.5m时，包气带岩性对高TDS潜水蒸发量的影响与淡水基本一致;潜水埋深0.5m、TDS为30g/L时，包气带岩性的差异对潜水蒸发量的影响远小于由于潜水TDS和外界大气蒸发能力对潜水蒸发共同造成的影响;潜水埋深0.5～1.0m时，在非冻结期随着TDS的升高，潜水蒸发量逐渐减小;当潜水埋深为3.0m时，TDS的变化对潜水蒸发抑制作用存在滞后性。
　　(4)高TDS潜水蒸发条件下，潜水埋深越小，土壤剖面上相同深度范围内的含盐量越大;在其他条件一定的情况下，包气带岩性为粉质黏土的土壤剖面含盐量大于岩性为细砂的土壤剖面含盐量;粉质黏土土壤剖面上的含盐量在土柱上层表现为潜水TDS为30g/L大于潜水TDS为100g/L，而在土柱下层的土壤含盐量表现为潜水TDS为30g/L小于潜水TDS为100g/L;在试验期，随着潜水TDS的升高，粉质黏土土壤剖面上出现局部积盐深度下移趋势。
　　(5)通过对土壤溶质势的研究可知，随着潜水TDS的升高，蒸渗仪土柱中各个剖面上的土壤溶质势的绝对值随之增大，土柱的潜水蒸发能力随之降低。土壤表层0～30cm范围内由于受到中子飘逸现象的影响，此深度范围的中子水分仪标定方程误差较大，不太适合使用中子水分仪测量土壤水分含量。
　　(6)应用HYDRUS-1D模拟软件，对不同潜水埋深下高TDS潜水蒸发量进行模拟计算，用数值模拟得到的结果证明了高TDS潜水埋深越小，潜水蒸发量越大。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 研究现状与进展

1．3 TDS对潜水蒸发影响研究进展

1．4 存在的问题

1．5 研究内容与技术路线

1．6 本章小结

第2章 试验场地及试验设施布置概况

2．1 试验场地概况

2．2 试验设旋布置

第3章 不同TDS水面蒸发试验研究

3．1 试验设备与方案

3．2 试验结果与分析

3．3 本章小结

第4章 不同TDS潜水毛细水上升的试验研究

4．1 试验材料与方法

4．2 水体TDS对砂性土毛细水上升的影响及其机理分析

4．3 水体TDS对粉质黏土毛细水上升的影响及其机理分析

4．4 本章小结

第5章 高TDS潜水蒸发规律初步分析

5．1 试验设施与方法

5．2 高TDS潜水蒸发规律分析

5．3 高TDS潜水蒸发TDS折算系数分析

5．4 高TDS潜水蒸发条件下土壤积盐规律分析

5．5 本章小结

第6章 TDS对土壤水分运移参数的影响

6．1 高TDS条件下土壤水分特征曲线的确定

6．2 TDS对土壤溶质势的影响

6．3 高TDS潜水蒸发条件下中子水分仪标定方程的确定

6．4 本章小结

第7章 不同TDS潜水蒸发数值模拟

7．1 试验设旋与监测项目

7．2 不同TDS潜水蒸发数值模拟

7．3 模型预测

7．4 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 主要结论与创新点

8．2 展望

参考文献

致谢

作者简介