本文關(guān)鍵詞： 八寶河流域 土壤特性 土壤水分入滲 土壤轉(zhuǎn)換函數(shù) 斑塊狀分布特征　出處：《陜西師范大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：黑河流域涉及青海、甘肅、內(nèi)蒙古三省區(qū),處于西北內(nèi)陸,水資源尤為重要。但由于對(duì)黑河水資源開(kāi)發(fā)利用缺乏科學(xué)的管理,加之全球氣候變化,黑河生態(tài)環(huán)境,特別是中下游有逐步惡化的趨勢(shì)。處于祁連山區(qū)的黑河上游不僅是中下游甘肅河西走廊中段張掖市的重要水源地,而且還是黑河下游內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗綠洲的水源地。如何利用好黑河流域的水,不僅關(guān)系到中游張掖市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,還關(guān)系到下游河道兩側(cè)荒漠的演變。針對(duì)黑河流域的水源地進(jìn)行研究,對(duì)流域生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展就顯得尤為重要。土壤水分入滲是降雨—徑流循環(huán)過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán),是四水相互轉(zhuǎn)化過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。針對(duì)黑河流域上游土壤水分入滲研究不僅有利于促進(jìn)非飽和帶土壤水分入滲研究,提升八寶河流域水源涵養(yǎng)能力,而且可推動(dòng)土壤水遷移基礎(chǔ)理論研究的發(fā)展,為綜合評(píng)價(jià)地表、地下水資源,減緩自然災(zāi)害,加強(qiáng)黑河流域生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。本文以西北地區(qū)重要內(nèi)陸河水源區(qū)——黑河上游八寶河流域?yàn)檠芯繉?duì)象,收集與處理氣象、植被、土壤、入滲等多源數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析了研究區(qū)內(nèi)土壤性質(zhì)特征以及土壤入滲過(guò)程,基于原位測(cè)試所得的第一手入滲資料,對(duì)入滲過(guò)程進(jìn)行不同模型擬合,并分析了土壤性質(zhì)指標(biāo)與入滲率的關(guān)系。在SSE,RMSE,R,ME,EF和W等指數(shù)定量評(píng)估擬合狀況基礎(chǔ)上,得出最優(yōu)模型并建立土壤轉(zhuǎn)換函數(shù),實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)換,繼而分析了研究區(qū)入滲率的空間分布特征。主要結(jié)論如下:(1)研究區(qū)生物量高值分布在流域中部,并且在河流南岸較集中,在河流干流沿岸生物量低值成斑塊狀分布。說(shuō)明流域中部植被生長(zhǎng)較好,在其中由于地形等原因出現(xiàn)植被覆蓋度較低區(qū)域。研究還發(fā)現(xiàn),流域內(nèi)高寒草地生物量隨海拔高度的不同有所差異。研究區(qū)降水未發(fā)生較明顯的變化,而氣溫自1997年之后持續(xù)上升,使得區(qū)內(nèi)土壤植被蒸散發(fā)量加劇,在陰坡、半陰坡、坡度較緩的地區(qū)生物量呈現(xiàn)最大值,植被長(zhǎng)勢(shì)較好。(2)研究區(qū)土壤含水量由表層向下呈冪函數(shù)趨勢(shì)遞減,含水率在20.35-47.55%之間變化。灌叢草地土壤含水量均高于草甸和草地植被類(lèi)型。整個(gè)陰坡半陰坡土壤含水量較大。土壤表層富含有機(jī)質(zhì),可達(dá)11.87g/kg。從土壤表層向下呈冪函數(shù)遞減趨勢(shì)。整個(gè)土壤剖面,灌叢有機(jī)質(zhì)高于草甸和草地。60cm深度內(nèi),坡頂土壤有機(jī)質(zhì)較大。有機(jī)質(zhì)空間分布,陰坡、半陰坡有機(jī)質(zhì)含量較高。研究區(qū)土壤含水量變化與土壤有機(jī)質(zhì)變化表現(xiàn)出一致性。(3)研究區(qū)土壤大部分屬于粉土或粉壤土。粘粒含量大部分分布在5%～12%之間,平均8.28%,含量比較穩(wěn)定,這也使得與之密切關(guān)聯(lián)的土壤粒徑分形維數(shù)變化較小,平均2.669,極差值為0.161,變異系數(shù)1.37%,在2.556～2.717間變化。結(jié)合土壤分形維數(shù)與草地退化關(guān)系研究結(jié)果判斷,研究區(qū)內(nèi)植被覆蓋良好,未有明顯的植被退化。研究區(qū)土壤水分特征曲線均呈冪函數(shù)曲線,曲線高低差別較大,說(shuō)明區(qū)內(nèi)土壤持水性差異大。(4)八寶河流域各樣點(diǎn)間土壤初始入滲率和穩(wěn)滲率變化較大,5cm水頭下初滲率在 0.057cm/min～0.74cm/min 之間;穩(wěn)滲率在 0.033cm/min～0.356cm/min 之間。10cm水頭下初滲率由0.063cm/min變化到1.150cm/min,穩(wěn)滲率也從0.040cm/min變化到0.671cm/min。對(duì)比不同深度同水頭下入滲率變化,除個(gè)別樣點(diǎn)40cm深度入滲率大于20cm深度外,大部分是20cm深度入滲率大于40cm深度。八寶河流域土壤初始入滲率平均在0.287cm/min～0.446cm/min之間,穩(wěn)定入滲率平均在0.15cm/min～0.222cm/min之間;無(wú)論在不同深度還是不同水頭下,整個(gè)入滲過(guò)程表現(xiàn)出如下特征:0～1Omin 土壤入滲率呈現(xiàn)明顯減小過(guò)程;10～30min土壤入滲率減小緩慢;30min以后入滲速逐漸達(dá)到穩(wěn)定,故此我們將八寶河流域土壤入滲劃分為:0～10min快速變化階段;10～30min緩慢變化階段;30min以后穩(wěn)定階段三個(gè)階段。(5)在5cm水頭20cm深度上,初始入滲率和穩(wěn)定入滲率隨含水率的增加有增大的趨勢(shì);而40cm深度上,二者隨含水率增大呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)。在10cm水頭20cm深度和40cm深度上入滲率和含水率相關(guān)關(guān)系較一致,整體表現(xiàn)出入滲率隨含水率的增加而減小的趨勢(shì)。入滲率與有機(jī)質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果顯示:20cm深度和40cm深度,入滲率隨有機(jī)質(zhì)增大呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)。不同深度上,入滲率與粘粒和粉粒成負(fù)相關(guān)關(guān)系,與砂粒呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。(6)對(duì)Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型進(jìn)行入滲過(guò)程擬合。5cm水頭下,Kostiakov模型擬合參數(shù)a變化于0.07～0.63之間,40cm深度處各樣點(diǎn)初滲率與穩(wěn)滲率差值較20cm深度小,相對(duì)比較穩(wěn)定。擬合參數(shù)b變化在0.15～0.34之間,40cm深度較20cm深度各樣點(diǎn)入滲率隨時(shí)間減小變化幅度較小。10cm水頭下,擬合參數(shù)a變化于0.07～1.069之間,b變化在0.16～0.40之間。同樣有40cm深度各樣點(diǎn)初滲率與穩(wěn)滲率差值較穩(wěn)定,入滲率隨時(shí)間減小變化幅度較小的規(guī)律。5cm水頭下,Horton模型擬合參數(shù)k變化于0.032～0.328之間。20cm深度上,土壤入滲速率有的減小很快,有的減小很慢,而40cm深度上各樣點(diǎn)入滲速率減小相對(duì)較為穩(wěn)定。10cm水頭下,參數(shù)k變化于0.034～0.420之間,同樣說(shuō)明40cm深度上,土壤入滲速率減小相對(duì)20cm深度較為穩(wěn)定。在不同水頭和不同深度下,模型擬合參數(shù)所反映的入滲率的變化規(guī)律表現(xiàn)出了高度的一致性。土壤各特性因子對(duì)入滲模型參數(shù)有一定的關(guān)系,Horton模型參數(shù)k隨著土壤有機(jī)質(zhì)、粘粒、粉粒含量的增加而減小,而隨著砂粒含量的增加而增大,與土壤含水量關(guān)系不密切。Philip模型參數(shù)s與土壤有機(jī)質(zhì)、含水量、粘粒、粉粒砂粒含量等指數(shù)沒(méi)有明顯的相關(guān)性。Kostiakov模型參數(shù)a值與土壤有機(jī)質(zhì)、粘粒含量呈現(xiàn)出成冪函數(shù)式負(fù)相關(guān)關(guān)系,b值與土壤有機(jī)質(zhì)含量、含水量呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系,與粉粒含量表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。同時(shí),Philip模型參數(shù)s、Horton模型參數(shù)k與土壤初滲率、穩(wěn)滲率表現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系。而Kostiakov模型參數(shù)a與土壤初滲率、穩(wěn)滲率表現(xiàn)出高度的正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)對(duì)不同水頭、不同深度各入滲模型擬合值進(jìn)行SSE,RMSE,R,ME,EF和W評(píng)估分析,最終我們得出結(jié)論Kostiakov模型在研究八寶河流域草地土壤入滲中擬合程度最好。建立了初滲率和穩(wěn)滲率與粘粒、粉粒、有機(jī)質(zhì)、含水量等因子的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)模型,并做了評(píng)價(jià)分析。通過(guò)模型實(shí)現(xiàn)八寶河流域土壤入滲率由點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)換,得出流域土壤入滲率的空間分布呈斑塊狀分布特征。
[Abstract]:In this paper , it is very important to study the soil moisture infiltration in the middle and lower reaches of the river basin . The soil water content in the study area is higher than that of meadow and grass . The soil moisture content in the study area is higher than that of meadow and grass . The soil moisture content in the study area is higher than that of meadow and grass . The soil moisture content in the study area is higher than that of meadow and grass . ( 5 ) At the depth of 20 cm , the initial infiltration rate and the stable infiltration rate increased with the increase of water content . The infiltration rate and the water content increased with the increase of water content at the depth of 20 cm and the depth of 40 cm . The results showed that the infiltration rate decreased with the increase of water content . The results showed that the infiltration rate decreased with the increase of organic matter . ( 6 ) For the Kostiakov model , the infiltration rate of the Kostiakov model and the soil organic matter , the water content , the clay grain and the grain size of the soil in the depth of 40 cm were more stable than that of the soil organic matter , the water content , the clay grain and the content of soil moisture . It is concluded that the spatial distribution of infiltration rate of soil in the basin is characterized by patch - like distribution .

【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S152.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1535310