五道沟地区“蒸发悖论”及成因探析

【目的】探讨五道沟地区"蒸发悖论"及成因探析。【方法】以位于五道沟地区的五道沟实验站气象场1970―2017年实测数据为背景资料。对蒸发量的年际变化趋势进行分析与预测,对其影响因素(风速、温度、日照时间、水汽压力差、降雨量、相对湿度)应用线性趋势法进行定性分析,应用熵值法进行综合评价,并深入探讨蒸发皿蒸发量趋势变化的成因。【结果】1970―2017年蒸发量呈明显下降趋势,下降速率为8.7 mm/a,运用灰色系统中的GM(1,1)模型与Verhulst模型对蒸发量的年际趋势进行预测,结果表明GM(1,1)模型预测效果更好。蒸发量与各气象要素的相关关系:风速、日照时间与蒸发量呈正相关关系,气温、相对湿度、降雨量与蒸发量呈负相关关系。1970―2017年间气温每10年平均升高0.25℃,水面蒸发每10年平均下降86.9 mm,该区存在"蒸发悖论"现象。线性趋势法与熵值法对各影响因素分析结果一致:风速>气温>相对湿度>日照时间>降雨量>水汽压力差,表明在全球气候变暖的大背景下,风速下降、相对湿度增加和日照时间减少是该区"蒸发悖论"现象的主要因素。日照时间的下降可能是气溶胶含量增多造成的;风速的下降可能与城镇化发展有关,风速减弱可能会引起气溶胶增多;相对湿度的增加,会导致日照时间的减少。【结论】五道沟地区"蒸发悖论"的成因可能是气溶胶量的增加,太阳辐射减少,蒸发量下降。     

淮北平原近57年多尺度水面蒸发悖论差异性研究北大核心

基于淮北平原五道沟水文实验站1964-2020年实测气象资料,采用气候倾向率和完全相关系数方法开展了近57年水面蒸发量汛期(6-9月)、非汛期(10-5月)、年(1-12月)和年代多尺度变化特征及其差异性研究,并分析其成因。结果表明:(1)在全球气候变暖大背景下,近57年五道沟地区年均气温以0.27℃/10a速率上升,而蒸发皿实测蒸发量以85.8 mm/10a速率下降,该地区存在明显“蒸发悖论”现象;汛期、非汛期气温分别以0.05、0.27℃/10a速率上升,蒸发以41.49、30.39 mm/10a速率下降;“蒸发悖论”规律显著性排序为汛期>年>非汛期。(2)近5个年代中,20世纪80年代气温上升幅度最小且蒸发量下降幅度最大,“蒸发悖论”规律最显著;21世纪以来,较20世纪末悖论现象较不显著。(3)该地区“蒸发悖论”主要成因是风速减小、相对湿度增加以及日照时数减少。与1964-1989年基准期相比,1990-2020年各影响因子对蒸发量下降的贡献率为:年尺度上,风速(49.1%)>相对湿度(35.4%);汛期日照时数(34.9%)>相对湿度(32.3%)>风速(22.0%);非汛期相对湿度(73.6%)>风速(32.1%)。     

基于水面蒸发量及气温因子的潜水蒸发量计算模型研究

[目的]探究不同气象因子对潜水蒸发量的影响.[方法]利用五道沟水文试验站0.3 m2口径的蒸渗仪测定潜水蒸发量,以及气象观测场的相关仪器测定气象数据,选取2006—2015年潜水蒸发量和气象实测数据,分别构建了砂姜黑土和黄潮土基于埋深因子的裸地潜水蒸发量与水面蒸发量、气温单气象因子和双气象因子计算模型.[结果]砂姜黑土...     

不同土质条件下小麦生长期潜水蒸发量影响因素研究

【目的】揭示砂姜黑土与黄潮土条件下的气象因子和潜水埋深对小麦生长期潜水蒸发量的影响。【方法】基于五道沟实验站2010—2022年的逐日观测数据,采用相关分析和回归拟合方法,分析了砂姜黑土与黄潮土2种土质条件下的小麦生长期潜水蒸发量与7个气象因子之间的相关性,提出了潜水蒸发系数与0.2～5.0 m潜水埋深之间的非线性拟合函数。【结果】砂姜黑土潜水蒸发量与气象因子之间的相关程度从大到小依次为：地表温度、平均气温、水面蒸发量、日照时间、降水量、风速;黄潮土潜水蒸发量与气象因子之间的相关程度从大到小依次为：地表温度、日照时间、平均气温、水面蒸发量、降水量、风速。潜水蒸发系数与潜水埋深的非线性拟合结果表明,砂姜黑土小麦返青前呈逆函数关系(R²>0.95),返青后呈对数函数关系(R²>0.85);黄潮土小麦呈对数函数关系(R²>0.75)。【结论】砂姜黑土潜水蒸发量临界埋深(Z_m)介于2.0～3.5 m,黄潮土潜水蒸发量的Z_m介于4.0～5.1 m。本研究构建的模型满足精...     

淮北平原气象因素对裸地潜水蒸发的影响

【目的】理清气象因素对潜水蒸发的影响。【方法】采用五道沟水文实验站62套原状土蒸渗仪及气象场1991─2015年长系列实验资料,分析了潜水蒸发与水面蒸发、气温、降雨及地温的关系,并比较了气象因素对砂姜黑土与黄潮土潜水蒸发量影响的差异。【结果】砂姜黑土与黄潮土地下水埋深为0时的潜水蒸发均比水面蒸发小,且都与水面蒸发呈线性相关关系(R~2>0.9)。潜水蒸发与气温年内变化趋势基本一致,气温对砂姜黑土在地下水埋深小于0.2 m影响较大,大于0.4 m影响较小;对黄潮土在地下水埋深小于1.0 m影响较大,大于2.0 m影响较小。地温是潜水蒸发的能量来源之一,5—8月,潜水蒸发随地温的增加而增大;11月—次年2月,潜水蒸发随地温的增加而减小,而3、4月和9、10月处于转折阶段,规律性不明显。对多年平均月潜水蒸发与地温进行曲线拟合,采用高斯曲线拟合最好(R~2均大于0.9)。【结论】气象因素对地下水埋深浅的潜水蒸发影响明显,且对黄潮土的影响大于砂姜黑土,可用地温计算潜水蒸发。     

水面蒸发对南水北调江苏段调水效率的影响

为了掌握南水北调东线江苏境内工程输水河道和调蓄湖库水面蒸发损失水量,及其所造成的泵站机组损失功率,了解水面蒸发对工程调水效率的影响,分析比较了适用于工程所在地区的水面蒸发量计算模型和计算公式,计算了工程沿线输水河道和调蓄湖库的水面蒸发量,分析了工程水面蒸发量的时间和空间分布特征.通过积分,计算了水面蒸发造成的各梯级泵站的流量损失和输入功率损失,求解并分析了水面蒸发对整个江苏段工程调水效率的影响.结果表明：工程沿线水面年蒸发量自南向北、西北方向逐渐递增;蒸发量夏季最高,冬季最低;全线平均水面年蒸发量为862.2 mm.洪泽湖、骆马湖、白马湖和输水河道蒸发损失水量分别占总蒸发损失水量的77.7%,13.3%,3.6%和5.4%,蒸发损失水量约占源头泵站抽水量的17.46%,使工程平均调水效率降低10.33%.调水工程可以考虑采用管道输水,从而避免蒸发损失.     

水面蒸发对南水北调江苏段调水效率的影响

为了掌握南水北调东线江苏境内工程输水河道和调蓄湖库水面蒸发损失水量,及其所造成的泵站机组损失功率,了解水面蒸发对工程调水效率的影响,分析比较了适用于工程所在地区的水面蒸发量计算模型和计算公式,计算了工程沿线输水河道和调蓄湖库的水面蒸发量,分析了工程水面蒸发量的时间和空间分布特征.通过积分,计算了水面蒸发造成的各梯级泵站的流量损失和输入功率损失,求解并分析了水面蒸发对整个江苏段工程调水效率的影响.结果表明：工程沿线水面年蒸发量自南向北、西北方向逐渐递增;蒸发量夏季最高,冬季最低;全线平均水面年蒸发量为862.2 mm.洪泽湖、骆马湖、白马湖和输水河道蒸发损失水量分别占总蒸发损失水量的77.7%,13.3%,3.6%和5.4%,蒸发损失水量约占源头泵站抽水量的17.46%,使工程平均调水效率降低10.33%.调水工程可以考虑采用管道输水,从而避免蒸发损失.     

基于原状土与回填土蒸渗仪的潜水蒸发差异性研究

为揭示原状土与回填土潜水蒸发之间的差异性,利用五道沟实验站蒸渗仪2017-2019年冬小麦与夏玉米日潜水蒸发试验数据,对砂姜黑土原状土与回填土2种土壤蒸渗仪作物全生育期潜水蒸发量进行了对比研究.结果表明:冬小麦和夏玉米全生育期原状土与回填土潜水蒸发量存在差异,其中2017-2018年和2018-2019冬小麦日平均潜水...     

自动补水蒸发皿装置的原理及应用

为了更好地利用蒸发皿的蒸发量指导农田灌溉,根据马氏瓶工作原理设计了一种简单、实用,价格低廉而且操控性强的恒水位蒸发皿装置,此装置在20 cm标准蒸发皿的基础上附加了一个自动补水装置.以20 cm标准蒸发皿的蒸发量为标准,对可进行自动补水的恒水位蒸发皿的水面蒸发过程进行了验证.通过大田冬小麦试验建立了水面蒸发过程与冬小麦同阶段耗水过程的关系.结果表明,设计开发的蒸发皿装置,具有较好的稳定性,组间测量值相对平均误差小于5%,超过5 d相对平均误差小于2%;其水面蒸发过程与20 cm标准蒸发皿的蒸发量具有显著的相关关系,相关系数高达0.99;华北地区优质高产冬小麦在拔节期、抽穗扬花期和灌浆成熟期的田间耗水量,与自动补水蒸发皿同阶段累计水面蒸发量的比值分别为1.09,1.31和1.16.因此,可以用该装置的水面蒸发量来指导农田灌溉,达到农作物优质、高效、高产的目的.     

五道沟地区1971-2020年地温月尺度变化及其对气温的响应

[目的]研究五道沟地区1971-2020年0～320 cm 土层月平均地温变化及其对气温的响应.[方法]利用五道沟水文实验站1971-2020年月平均气温和月0～320 cm(0、10、40、80、160、320 cm)土层地温资料,采用线性倾向估计、M-K检验以及Morlet小波分析等方法,分析了该地区1971-20...     

淮北平原汉王实验站土壤水资源特征试验研究

为了充分认识土壤水及其水资源特性,在淮北平原汉王水文水资源实验站对0.5～3.5 m地下水位控制条件下和秸秆、地膜、无覆盖三种条件下的土壤水分、包气带储水量、潜水蒸发、土壤蒸发、降雨入渗等要素进行了连续4年的观测,并结合水量平衡方程,对土壤水资源的要素特征进行了实验研究.结果表明：同一深度的土壤含水量大小顺序为秸秆覆盖〉地膜覆盖〉无覆盖;覆盖条件下土壤含水量变化相对稳定;土壤包气带有类似于土壤水库的作用,可调节水量可观,土壤水可作为一种重要的水资源;随土壤包气带厚度加大,潜水蒸发和降水下渗逐步减少,土壤蒸发表现突出.研究认为,充分认识土壤水资源特征,对指导土壤水资源开发利用、农业生产等有重要意义.     

西北干旱区滴灌棉田膜间土壤蒸发试验研究

膜间土壤蒸发是覆膜棉田水分消耗的主要组成部分,在干旱少雨的新疆石河子利用微型蒸渗仪观测了地下滴灌和膜下滴灌条件下,覆膜棉田膜间土壤水分蒸发,并对膜间不同位置处的土壤蒸发规律进行了试验研究,研究结果表明,滴灌条件下膜间土壤水分蒸发分别与气温、辐射、饱和水汽差以及相对湿度呈指数相关关系,与参考作物需水量呈线型相关关系,与表层土壤含水率呈指数关系;膜间土壤累积蒸发量在苗期最高、其次是花铃期、吐絮期最小;膜下滴灌条件下膜边土壤的蒸发量高于膜间（两条膜正中间的裸地）蒸发量;地下滴灌条件下,错位种植会导致灌溉水的无效蒸发,不利于灌溉水的高效利用。     

不同质地条件下土壤表层温度与土壤蒸发量的关系研究

土壤表层温度与土壤蒸发量有着紧密联系,土壤质地对二者均有着重要影响。【目的】探究不同质地土壤表层温度变化对土壤蒸发的影响。【方法】选取2种质地原状土(粉壤土与砂土),进行配比混合,得到5种不同质地土壤。测量1次性供水与充分供水条件下不同土壤的蒸发量、土壤表层温度数据、土壤砂粒量,探究不同质地条件下土壤相对蒸发量(RE)和土壤表层相对温度差(RT)的关系。【结果】①1次供水和充分供水条件下RT随着蒸发过程的进行逐渐增大,当蒸发过程至水汽扩散阶段时,RT趋于稳定;②随着土壤砂粒量增大,蒸发至水汽扩散阶段时对应的RT逐渐减小;③土壤质地相同情况下,RT越大,其RE越小,回归建立了二者的二次函数关系;④RT相同情况下,土壤中砂粒量越高,其RE越小。【结论】土壤中砂粒量的不同,使土壤孔隙、热容量等性质产生差异,导致蒸发过程中土壤温度及蒸发量变化出现规律性特点,RE与RT呈与含砂率有关的二次函数关系。     

风沙区春小麦棵间蒸发规律的试验研究

2001～2002年在内蒙风沙区对春小麦全生育期正常供水条件下的棵间蒸发规律进行了试验研究,确定了不同生育阶段棵间蒸发量占同期耗水量的比例关系,分析了棵间蒸发量的日变化规律及其与表层土壤含水量的关系,建立了棵间蒸发量占耗水量的比值(E/ET)与叶面积指数LAI的函数关系式。     

Modeling the water budget in a deep caldera lake and its hydrologic assessment: Lake Ikeda, Japan

The hydrologic assessment of a lake water budget can be helpful in achieving proper water management and sustainable water use. A model to analyze a lake water budget was developed and verified for Lake Ikeda, Japan. Lake evaporation was estimated by numerical analyses of lake water temperature and the lake energy budget. Inflow from the lake catchment area and leakage from the lake bottom were estimated based on the tank model and Darcy's law, and the model parameters were optimized by the shuffled complex evolution method. The estimated monthly lake evaporation rate is consistent with the evaporation rate estimated by the energy budget Bowen ratio method based on in situ data from 2004 to 2005. Moreover, the calculated time series of daily lake levels agrees well with those of measured lake levels during 1983 to 1999. Thus, the model is useful for evaluating the lake water budget. Numerical analysis reveals seasonal and annual variation characteristics in the water budget components. Precipitation, inflow from the catchment area, and river water supply are generally high during the rainy season from June to July with substantial annual variation. Lake evaporation is greatest in October and least in April, but the annual variation is relatively small. Agricultural water use is relatively high from April to September. There are no marked seasonal changes in leakage and drinking water use. The lake level is generally highest in September and lowest in March, which is characterized by seasonal changes in water budget components. The model was also applied to 17-year simulations under hypothetical hydrologic conditions to examine the effect of water use and agricultural water management on the lake level. Results indicate that river water supply, provided under the agricultural water management system, effectively compensates for the decrease in lake water resulting from agricultural water use.     

气候变化和人类活动对灌区地下水埋深的影响

[目的]探析气候变化和人类活动对灌区地下水埋深的影响.[方法]利用年代波动性分析、突变检验、灰色关联分析、敏感性分析、双累积曲线法和相对贡献率分析了人民胜利渠灌区1952-2013年地下水埋深及其影响因素的变化和突变特征,并识别了地下水埋深与各影响因素间的响应特征.[结果]人民胜利渠灌区地下水埋深呈明显增加趋势(0.8...     

利用地下水动态观测资料估算芦苇耗水量

分析了绿洲内农区非农区水分转化的机理及绿洲内非农区地下水动态规律。荒地和洼地作为绿洲内自然生态 ,其耗水属于生态用水的范畴。绿洲内部非农区地下水动态属侧渗蒸发型。根据非农区地下水动态监测资料 ,通过计算潜水蒸发 ,估算得绿洲内部非农区依靠潜水生长的天然芦苇全生育期耗水量为 14 4～ 188m m。该结果可为确定干旱区平原绿洲生态需水量 ,实现其水资源合理利用提供科学依据。     

不同覆盖模式对土壤水分蒸发的影响

为了揭示不同覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果,通过模拟试验,对不同覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果进行了分析.试验设置无覆盖(CK)、覆砂(S)、覆砂+覆膜(SM)、覆秸秆+覆膜(JM)和覆秸秆+覆砂(JS)5种模式.结果表明:土壤表层不同覆盖处理的土壤日蒸发量不同,在蒸发初期,土壤水分蒸发量从大到小依次为CK,JS,JM,S,SM,之后基本保持CK,JS,S,SM,JM的变化趋势.当有降雨发生时,土壤水分蒸发量从大到小由CK,JM,SM,JS,S变为CK,JS,S,SM,JM的趋势;土壤表层的不同覆盖处理可有效减少土壤水分的蒸发,CK,JS,JM,S,SM处理的土壤水分累积蒸发量分别为1823.6,712.2,473.3,450.6,375.1 g,与对照相比,CK,JS,JM,S,SM处理的土壤水分累积蒸发量分别减少了60.9%,74.0%,75.3%,79.4%;在整个蒸发过程中,不同覆盖模式下土壤水分累积蒸发量与时间的关系符合W=at^b,综合分析可知,覆砂(S)处理是最符合试验区域的覆盖模式.     

Modeling the soil water balance based on time-dependent hydraulic conductivity under different tillage practices

A simulation model with time-dependent hydraulic conductivity parameters was used to predict the effects of three different tillage practices: conventional tillage (CT), no-tillage (NT) and subsoiling tillage (ST) on the components of the soil water balance during the summer maize growing season. The predictive capability of the model was improved, particularly for the subsoiling tillage case. The simulation results show that temporal changes in soil hydraulic conductivity induced by different tillage practices can affect percolation, water storage, transpiration and evaporation. Differences in the simulated components of the water balance were found to be small between CT and NT practices, but larger in the ST case. Compared with the conventional and no-tillage methods, subsoiling promotes infiltration and deep percolation, thereby favoring a possible recharge of the groundwater. Actual evaporation is always lower in the subsoiled plots, whatever the hydrological year. Transpiration is similar for the three treatments, suggesting no significant differences in water availability, except in wet years where it is higher in subsoiled soils.