極端干旱區(qū)沙漠包氣帶降水入滲與蒸發(fā)規(guī)律模擬研究.pdf

1、包氣帶水是維系極端干旱區(qū)沙漠地帶植被生長和沙丘穩(wěn)定的重要約束因子，降水作為沙區(qū)包氣帶水的主要補給來源，降水對地下水的有效補給是干旱區(qū)包氣帶水文研究的前沿熱點，然而受觀測條件的限制與實驗環(huán)境的惡劣，當前對極端干旱區(qū)沙漠包氣帶降水入滲與蒸發(fā)規(guī)律的認識不足，嚴重限制了區(qū)域地下水補給資源的估算。因此，試圖應用大型蒸滲系統(tǒng)，開展包氣帶水分運移動態(tài)的實驗模擬、天然條件下降水入滲規(guī)律與較長尺度降水入滲規(guī)律的模擬驗證，揭示極端干旱區(qū)沙漠包氣帶在不同降水

2、類型下蒸發(fā)、入滲和補給規(guī)律。旨在為認識極端干旱區(qū)沙漠包氣帶水循環(huán)規(guī)律、促進水資源可持續(xù)利用和荒漠化植被恢復提供數(shù)據(jù)支撐。主要成果如下：
　?。?）實驗區(qū)所在的敦煌市年均降水37.52~50mm，年降水變化幅度在3~103.8mm，降水量與海拔高度正相關關系，且降水變率隨海拔增高而變?。粎^(qū)域夏季降雨量占年總降水量的56.69％以上，春夏降水可達到全年降水量的80.38%；日尺度降水小而降水歷時短，0~5mm的日降水類型為區(qū)域主導降水

3、事件，占研究區(qū)降水事件的91.28%，以日降水量5mm、10mm和25mm為界限將區(qū)域日尺度獨立降水事件劃分為常規(guī)降水事件、年內(nèi)普通降水事件、偶發(fā)降水事件和極端降水事件四種類型；實驗站2014-2016年降水觀測發(fā)現(xiàn)，日尺度降水雨量小、集中發(fā)生在夏季，獨立降水事件間隔時間長，為降水形式的主導，偶發(fā)降水事件和極端降水事件發(fā)生概率較低。
　?。?）沙土表層0~5cm為受降水影響最劇烈區(qū)域，3mm以上降水事件就會影響到表層5cm處的含水

4、量變化；40cm為常規(guī)降水事件、年內(nèi)普通降水事件以及偶發(fā)降水事件的入滲影響深度下限，而50~120cm等深度僅在強降水事件發(fā)生后產(chǎn)生含水量響應，且響應具有滯后性；入滲深度隨著降水量的增大而加深，入滲深度與與時間變化具有較好的指數(shù)擬合關系。普通降水事件及以上降水會驅(qū)動20cm以下水勢變化，雨后沙土表層發(fā)散型零通量面的形成與下移是驅(qū)動包氣帶水分運移的根本動力。降水事件的發(fā)生會帶來沙土溫度變化的突變，影響深度一直到120cm。
　?。?

5、）2014-2016年雨季實際蒸發(fā)分別消耗同期天然降水的89.8-155.4%。小于10mm的降水事件基本屬于無效降水：偶發(fā)降水事件蒸發(fā)消耗同期降水水量的68.7%以上；極端降水事件后雨季儲水占降水的15.89%以上。在沒有強降水事件發(fā)生的時段內(nèi)，小于10mm的降水事件不能產(chǎn)生有效的儲水，偶發(fā)降水事件的土壤儲水僅在表層40cm內(nèi)，會被蒸發(fā)消耗，而在30mm和35mm降水事件極端降水事件發(fā)生后的666h、497h在50cm以下分別產(chǎn)生3.

6、3mm和4mm的入滲量。
　?。?）雨后日尺度實際蒸發(fā)與首日蒸發(fā)量隨雨后時間t倒數(shù)變化的相關函數(shù)，得出研究區(qū)實際蒸發(fā)經(jīng)驗公式：Ea=(0.9447E1+0.4097)/t，可以較好的模擬敦煌地區(qū)雨后日尺度實際蒸發(fā)速率。通過模擬期包氣帶水平衡觀測結果表明，實際蒸發(fā)累積消耗為100.94mm，占同期降水總量的97.5%，包氣帶水分年補給量僅為1.88mm，且主要來源于極端降水事件，大于25mm的極端降水事件極端干旱區(qū)沙漠包氣帶有效降水

7、的閾值，但補給量較低，對沙漠包氣帶地下水補給具有微弱效應。
　　（5）通過對1954-2013年尺度降水入滲模擬結果發(fā)現(xiàn)，在極端干旱區(qū)沙漠包氣帶年水平衡為由水分補給和沒有水分補給共存，且沒有水分補給發(fā)生的年份為主。模擬的年均蒸發(fā)量與實際降水量分別為38.03mm和38.87mm，年均入滲量為0.84mm，極端干旱沙漠環(huán)境下的年入滲量要占年均降水量的2.16%以下，難以形成有效補給。模擬結果同樣表明近60年來，隨著降水量的增加，降水