1、淺析包氣帶土壤水變化特征摘要：水文水資源循環系統，是大氣降水、地表水、土壤水、地下水的轉化系統，而每個子系統其自身變化發展的規律，運用科學的方法深入研究，有助于我們認識自然，從而更好地掌握科學，服務于自然。本文利用土水勢，土壤水分狀況，零通量面方法定量計算揭示了土壤水的變化特征，為水資源評價，科學開發探索途徑。關鍵詞：大氣降水，地表水，土壤水，地下水，資源，均衡。1概述自然界水文循環過程中，水以其不同的形態和能態，相對地存在于大氣圈，巖石圈，生物圈等環境，每個階段形成了大氣水、地表水、土壤水、地下水，稱為水文水資源循環系統。對“四水”轉化系統的研究，可以正確評價合理利用，科學管理水資源，使有限

2、的水資源在人類社會生活中，獲得最大的經濟效益和環境效益。本文通過淺析土壤水的變化特征，“四水”轉化機理，為土壤水科學指導農業節水灌溉提供可靠的依據。2水文水資源系統大氣降水，它是地表水、土壤水、地下水的總的來源，又普遍而深刻地控制著地表水，土壤水和地下水。降水主要指降雨和降雪，是人類用水的基本來源。降水資料是分析河流洪枯水情，流域旱情的基礎，而大氣中的水汽來自海洋的蒸發和散發。地表水主要指地表逕流，受地形地貌、土壤植被及下墊面條件的共同作用，大氣降水一部分轉化為地表逕流，絕大部分被土壤攔蓄，入滲轉化為地下水，在重力作用下，其中一部分下滲轉化為地下水。土壤水是儲存于多孔介質土壤中的那部分水，為非

3、飽和狀態，接受大氣降水、地表水、地下水及灌溉水的多重補給，主要消耗于地表蒸發和植物蒸騰，在有作物的農田，因作物蒸騰作用，又將土壤水轉化為大氣降水，顯然非飽和狀態的土壤水，它的運動變化研究，對農業節水灌溉具有深刻的指導意義。地下水是儲存于多孔介質含水層的那部分水，為飽和狀態，它是城市供水、工農業供水的主要來源，蘊藏著地質環境演化的豐富信息。除降水入滲補給，潛水蒸發，根系吸收蒸騰，人為開采，又通過滲流涌出地下水轉化為河川基流，河川地表水逕流滲入轉化為地下水流。水文水資源系統是“四水”轉化的系統，對其研究產生了“四水”轉化的概念模型見圖1。v煞、如竝*Ml申諱u丁v煞、如竝*Ml申諱u丁初孰融|a琨

4、和4-1地丁衣13土壤水的變化特征及研究方法在非飽和土壤中，土水勢主要由基模勢和重力勢組成；而飽和土壤中，存在有重力勢和壓力勢。描述土壤水在非飽和與飽和狀態下的水流運動，需要利用負壓計測定土水勢，中子儀測定土壤含水量。非飽和狀態土壤中，安裝負壓計及中子測孔。負壓計包括一個多孔的陶瓷杯及一個液壓計，陶瓷杯埋于所測的土壤中，水分滲入滲出將使負壓計讀數發生變化。在不同深度測點埋設負壓計，連續多次觀測，取得不同深度的土水勢。中子儀對不同深度測點，快速地測定土壤含水量。由此可見，包氣帶土壤水分運動總是從能量高的狀態向能量低的狀態運動，即由土水勢較高的系統流向土水勢較低的系統，降雨灌溉水分向下運動補給地下

5、水或暫時儲存于土壤中，蒸發使得土壤水分經土表蒸發和植物吸收蒸騰，水分向上運動進入大氣。圖2是土水勢隨深度變化曲線，反映了不同深度巖性剖面土壤水分運動狀況，可分為入滲型、蒸發型、混合型剖面曲線，降水灌溉土壤含水量增加，土水勢能增加，土壤水分向下運動，勢能梯度為正值逐漸減少,在土水勢能梯度為零（即部面切線斜率為零）的土壤深度，土壤水分質點運動向上向下通量相等，稱為零通量面。零通量面方法是建立在土壤物理學理論基礎上的，土壤水分運動遵循能量守恒定律，土壤水分運動所具有的能量（總水勢能），決定土壤水分運動的方向和速度。當土壤水勢能梯度為零時，水分通值為零，該點稱為零通量點，許許多多零通點構成零通量曲面。

6、根據負壓計測的土壤剖面水分勢能變化情況，決定了土壤水分通量為零的深度，結合中子儀觀測到的土壤含水量變化值，求得土壤水分剖面上水分通量。圖2中降雨灌溉形成入滲型零通量面，蒸發土壤水分呈向上運動，土水勢能梯度為負值，土壤含水量減少，土水勢能減少，形成蒸發型零通量面。入滲蒸發零通量面確定，即可求得入滲、蒸發影響的最大深度，受自然條件的影劇響它具有一定的動態變化規律，分析研究土壤水分勢能，土壤含水量及其動態變化規律，為土壤水平衡計算奠定了基礎。4土壤水量平衡計算非飽和狀態土壤，具有巨大的循環調蓄功能。降水灌溉轉化為土壤水，作物騰發是根系吸水，使土壤水和地下水轉化為大氣水，由于層位巖性的不同，土壤容水能

7、力又表現出差異，而土壤含水量大小又決定著土水勢的變化，所以零通量面變化復雜。土壤水研究中，基質勢采用汞柱負壓計量測。土壤含水量用中子儀觀測：0=aR/R+bVw式中0土壤含水量；VR土壤中的中子計數率R水中的標準計數率wa,b標定系數土壤水量平衡計算，采取03M的土體，1988年12月22日_1999年11月16日土水勢、土壤含水量、降雨灌溉資料，土壤水均衡計算見表1，“四水”轉化結果見表2表1土壤水均衡計算表（03M）衡初日均期始均衡期結束日剖面儲水量t2剖面儲水量均衡期儲水變化量降水灌溉入滲量均衡期降雨量均衡期蒸發式蒸騰量均衡期土壤水下滲量均衡期下層水補給量土壤水蓄變量t1t2Qt,Qt2

8、Qt”-Qt,QrPEPrQrZ11.263.16804.35875.4571.1226.6159.2100.2103.971.13.165.1875.458804.55169.424.9159.5545.3404.555.16.1880883.153.1538.8520.451.56.822.63.156.17.1883.15827.55-55.633.1528.891.9512.715.9-55.67.1&1827.55823.55-4.241.651.129.617.81.6-4.2&19.1823.55824.20.8513.1810112.252.41.70.859.110.1824

9、.2814.95-9.2526.3545316.82.2-9.2510.111.16814.95889.974.95106.816.739.8510.718.774.9585.55656.55287.9574.9202.7206.685.55表2土壤種植作物小麥及裸露條件下“四水”轉化結果表負壓計觀測井豎井中子儀觀測孔FY1大氣降水量287.9灌水量368.6地表水逕流量0土壤水蓄變量85.55土壤水上通量206.6土壤水下通量202.7凈下滲量-3.9蒸發蒸騰量574.855土壤水轉化結果分析實驗種植小麥和裸露條件下，觀測實驗資料。年大氣降水量287.9mm,非飽和狀態土壤為亞粘土、亞砂及其互層，未產生地表逕流，降水大部分滲入補給了非飽和狀態土壤，轉化為土壤水，由于非飽和狀態土壤有足夠大的儲水空間和調蓄功能，使降水與其滲入補給土壤水呈正比關系。降水灌溉全部轉化為土壤水，沒有入滲補給地下水，作物根系吸水占整個入滲水量的87%，土壤水調蓄量占整個入滲水量的13%，春、夏、秋、冬土壤水調蓄量分別為7.7mm,-59.8mm,66.55mm,71.1mm,在深度3M土體的界面,水分向上向下運動通量基本持平。大氣降水、地表水、土壤水、地下