一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，包含以下步骤：a、使用红外加热灯模拟蒸发环境，测得蒸发皿的平均水面蒸发，来确定潜在蒸发量；b、将沙土风干后过筛，水、沙混合后分层填装入土柱中，设置平行试样，土柱各层位预留有取样孔；c、将土柱置于电子天平上，红外灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日连续蒸发10～15h，每监测12～15天停止蒸发一个平行试样，取出各层位土壤样品，测得其含水率；d、对监测时间最多的一个试样进行蒸发量分析，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。本发明专利技术用室内试验的方法得出土壤水蒸发锋面运动规律，将对干旱区水资源平衡研究给予直接性的科学指导。

A Test Method for Simulating Critical Depth of Evaporation in Arid Desert

【技术实现步骤摘要】
一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法
本专利技术属于干旱沙漠区土壤水运动领域，具体为一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法。
技术介绍
世界上沙漠化的土地分布很广，其面积占地球陆地32％，干旱沙漠区域蒸发强烈，地表普遍干旱，土壤水资源极为珍贵。自然和人为条件相似地区的蒸发临界深度基本相同，所有干旱沙漠具有类似的规律，土壤水在临界深度以上受蒸发作用较强，而在临界深度以下，基本不受蒸发作用影响，故确定临界蒸发深度将有利于探明土壤水运移规律，完善干旱沙漠区水资源循环理论，指导干旱区农牧业生产生活用水。目前研究对临界深度的确定多停留于表象观测、定性分析，没有一套系统的可以确定蒸发影响临界深度试验方法，有很多地区缺乏蒸发临界深度资料，也有学者忽略研究区的临界蒸发深度。冯起等学者提出我国沙漠地区沙层的蒸发下限深度范围为40～60cm但没有直接证据证明；赵景波等学者通过巴丹吉林沙漠干沙层厚度处于20～30cm而猜想蒸发影响深度不超过30cm。现有技术中未考虑蒸发临界深度，而认为降雨在沙层中会全部蒸发，不能有效补给水资源。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种无需野外调查、便于室内模拟的模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法。技术方案：本专利技术所述的一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，包含以下步骤：a、使用温度为29～31℃、功率为140～160W的红外加热灯模拟干旱沙漠区蒸发环境，测得蒸发皿的平均水面蒸发，来确定模拟干旱沙漠的潜在蒸发量；b、将沙土风干后过10目筛，水、沙混合后分层填装入土柱中静置20～30h，水、沙混合后的初始含水率为19％～21％，设置3～5根的初始条件完全相同的平行试样，高度为1.5m的土柱各层位每间隔4～10cm预留有取样孔，取样孔在土柱回填前处于密封状态；c、将土柱置于量程为0～30kg、精度为0.01g的电子天平上，红外灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日连续蒸发10～15h，每监测12～15天停止蒸发一个平行试样，取出各层位土壤样品，使用烘干法或水分传感器测得其含水率；d、对监测时间最多的一个平行试样进行蒸发量分析，划分蒸发阶段，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。试验原理：基于土柱试验操作，室内模拟干旱区蒸发环境，因受蒸发影响的土柱剖面层位土壤水的存在形式将从重力水转为毛细水、薄膜水、气态水，土壤水运动逐渐减缓至停滞，故而达到蒸发将达到极限程度，对不同时间段的剖面含水率取样分析，从而确定蒸发临界深度。有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：用室内试验的方法得出土壤水蒸发锋面运动规律，确定出干旱区土壤水受蒸发影响临界深度，而不是停留在野外调查数据的定性分析，且试验及分析方法适用于所有干旱地区的土壤水运动研究，极大的减少了野外人力财力消耗，本方法得出结果将对干旱区水资源平衡研究给予直接性的科学指导。附图说明图1是本专利技术实施例4的土柱A60土壤水日蒸发量变化曲线；图2是本专利技术实施例4的潜在蒸发和土壤水日蒸发量对比变化曲线；图3是本专利技术实施例4的土柱A36土壤水累积蒸发量变化；图4是本专利技术实施例4的土壤水实际蒸发量占潜在蒸发量比例的日变化；图5是本专利技术实施例4的剖面含水率分布。具体实施方式以下实施例中沙土的粒度，用Mastersizer2000型激光粒度分析仪测试，分析结果为中细沙，其中细沙所占比例59.12wt％，中沙所占比例38.89wt％，粗沙所占比例1.99wt％，室内环刀法测得干容重为1.7g/cm3，饱和含水率为22.7％，田间持水量为5.2％。根据气象资料，西北干旱沙漠区蒸发量为2000～3000mm/a，研究区阿拉善地区沙漠蒸发量最大可达3500毫米/年左右，用红外加热灯源模拟干旱区强蒸发环境，使用蒸发皿测得的平均水面蒸发9.5mm/12h，计为9.5mm/d，即模拟的潜在蒸发量平均为3467mm/a。以下实施例中的大量程电子天平的量程为0～30kg、精度为0.01g。实施例1一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，包含以下步骤：(1)确定模拟的潜在蒸发量平均为3467mm/a；(2)沙土风干后过10目筛，将沙土配置为19％的初始含水率，水、沙混合之后分层填装入1.5m高的土柱中静置20h，土柱各层位每间隔4cm(0cm，4cm，8cm，…，148cm)预留有取样孔，取样孔在土柱回填前处于密封状态，共设置3根初始条件完全相同的平行土柱，编号依次为A15、A30、A45；(3)将土柱置于大量程电子天平上，温度为29℃、功率为140W的红外加热灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日蒸发10h，蒸发前后用蒸发皿记录试验环境的潜在蒸发量，同时记录土柱重量，将重量变化换算为土壤水日蒸发量，3根根土柱(编号A15、A30、A45)分别在监测15d、30d、45d停止蒸发，取出各层位土壤样品，使用烘干法测得样品质量含水率；(4)对A45日蒸发量分析，划分蒸发阶段，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。实施例2一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，包含以下步骤：(1)确定模拟的潜在蒸发量平均为3467mm/a；(2)沙土风干后过10目筛，将沙土配置为21％的初始含水率，水、沙混合之后分层填装入1.5m高的土柱中静置30h，土柱各层位每间隔10cm(0cm，10cm，20cm，…，150cm)预留有取样孔，取样孔在土柱回填前处于密封状态，共设置5根初始条件完全相同的平行土柱，编号依次为A12、A24、A36、A48、A60；(3)将土柱置于大量程电子天平上，温度为31℃、功率为160W的红外加热灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日蒸发15h，蒸发前后用蒸发皿记录试验环境的潜在蒸发量，同时记录土柱重量，将重量变化换算为土壤水日蒸发量，5根根土柱(编号A12、A24、A36、A48、A60)分别在监测12d、24d、36d、48d、60d停止蒸发，取出各层位土壤样品，使用水分传感器测得样品质量含水率；(4)对A60日蒸发量分析，划分蒸发阶段，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。实施例3一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，包含以下步骤：(1)确定模拟的潜在蒸发量平均为3467mm/a；(2)沙土风干后过10目筛，将沙土配置为20％的初始含水率，水、沙混合之后分层填装入1.5m高的土柱中静置25h，土柱各层位每间隔7cm(0cm，7cm，14cm，…，147cm)预留有取样孔，取样孔在土柱回填前处于密封状态，共设置4根初始条件完全相同的平行土柱(编号A14、A28、A42、A56)。(3)将土柱置于大量程电子天平上，温度为30℃、功率为150W的红外加热灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日蒸发13h。蒸发前后用蒸发皿记录试验环境的潜在蒸发量，同时记录土柱重量，将重量变化换算为土壤水日蒸发量，4根根土柱(编号A14、A28、A42、A56)分别在监测14d、28d、42d、56d停止蒸发，取出各层位土壤样品，使用烘干法测得样品质量含水率；(4)对A56日蒸发量分析，划分蒸发阶段，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。实施例4一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，包含以下步骤：(1)确定模拟的潜在蒸发量：平均为346本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，其特征在于包含以下步骤：(a)使用红外加热灯模拟干旱沙漠区蒸发环境，测得蒸发皿的平均水面蒸发，来确定模拟干旱沙漠的潜在蒸发量；(b)将沙土风干后过筛，水、沙混合后分层填装入土柱中静置20～30h，设置3～5根的初始条件完全相同的平行试样，土柱各层位预留有取样孔；(c)将土柱置于电子天平上，红外灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日连续蒸发10～15h，每监测12～15天停止蒸发一个平行试样，取出各层位土壤样品，测得其含水率；(d)对监测时间最多的一个平行试样进行蒸发量分析，划分蒸发阶段，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。

【技术特征摘要】
1.一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，其特征在于包含以下步骤：(a)使用红外加热灯模拟干旱沙漠区蒸发环境，测得蒸发皿的平均水面蒸发，来确定模拟干旱沙漠的潜在蒸发量；(b)将沙土风干后过筛，水、沙混合后分层填装入土柱中静置20～30h，设置3～5根的初始条件完全相同的平行试样，土柱各层位预留有取样孔；(c)将土柱置于电子天平上，红外灯悬挂于土柱正上方提供蒸发，每日连续蒸发10～15h，每监测12～15天停止蒸发一个平行试样，取出各层位土壤样品，测得其含水率；(d)对监测时间最多的一个平行试样进行蒸发量分析，划分蒸发阶段，将潜在蒸发量与土壤水实际蒸发量进行对比。2.根据权利要求1所述的一种模拟干旱沙漠蒸发影响临界深度的试验方法，其特征在于：所述步骤(a)中红外加热灯的温度为29～31℃，功率为140～160W。3.根据权利要求1所述的一种模拟干旱沙漠蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈堂清，饶文波，王雅宁，金可，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32