毛烏素沙地地表-包氣帶-淺層地下水熱量傳輸?shù)难芯?pdf

1、毛烏素沙地又稱鄂爾多斯沙地，是中國四大沙地之一。位于陜西、寧夏、內(nèi)蒙古的交界地帶，面積約為4.22萬km2。該區(qū)白天與晚上的溫差一般在30℃以上。區(qū)內(nèi)年降水量少于400 mm，屬于半干旱地區(qū)。近年來該區(qū)能源，石油，化工等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，既為當(dāng)?shù)貛砹私?jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也增加本來就比較脆弱的生態(tài)環(huán)境壓力。
　　土壤熱量的傳輸影響土壤溫度的變化，進(jìn)而對土壤內(nèi)水分運(yùn)移、土壤內(nèi)微生物的活動(dòng)、土壤內(nèi)植物根系對營養(yǎng)和水分的吸收等有著重要影響。目前對

2、于土壤熱量的傳輸研究多數(shù)關(guān)注的是地表熱量的進(jìn)、出變化。本文以毛烏素沙地地表—包氣帶—淺層地下水系統(tǒng)熱量傳輸為研究對象，以土壤水動(dòng)力學(xué)理論為指導(dǎo)，采用原位實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合方法，同時(shí)考慮陸地表面溫度和潛水溫度等要素，對包氣帶與大氣界面及飽和帶與包氣帶界面的熱量傳輸進(jìn)行了研究。研究成果對于區(qū)域地下水與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展有著理論與實(shí)踐意義。
　　本文在毛烏素沙地選擇原位實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行了風(fēng)積沙溫度、含水率和地下水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測；

3、通過豎管法測定其飽和滲透系數(shù)；實(shí)驗(yàn)室中對風(fēng)積沙的熱導(dǎo)率、比熱容和熱擴(kuò)散率以及相關(guān)水力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測定。
　　在此基礎(chǔ)上，分別計(jì)算了一年內(nèi)不同月份表層和自由水面?zhèn)鲗?dǎo)熱量。其中，表層的傳導(dǎo)熱量與氣溫關(guān)系密切，當(dāng)氣溫高時(shí)主要表現(xiàn)為向土壤傳熱，當(dāng)氣溫低時(shí)表現(xiàn)為向外界傳熱；而自由水面的傳導(dǎo)熱量卻與表層相反，氣溫高時(shí)表現(xiàn)為向下傳熱，氣溫低時(shí)表現(xiàn)為由潛水向上傳熱。此外分析了土壤熱量傳輸?shù)挠绊懸蛩?，發(fā)現(xiàn)除了熱傳導(dǎo)之外，其他熱量傳輸方式的影響不能忽

4、略。
　　為了進(jìn)一步研究土壤在熱傳導(dǎo)、熱彌散和熱對流綜合作用下的熱量傳輸，本文使用美國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的水熱耦合模擬軟件VS2DH選取2013年8月21日至11月10日監(jiān)測數(shù)據(jù)對土壤熱量傳輸進(jìn)行了模擬。該時(shí)段內(nèi)模擬區(qū)的土壤主要以熱傳導(dǎo)和熱彌散的方式釋放熱量，以熱對流的方式吸收熱量。在熱傳導(dǎo)、熱彌散和熱對流的綜合作用下模擬區(qū)的土壤整體表現(xiàn)為釋放熱量，但在水位上升時(shí)有暫時(shí)的熱量吸收。該模擬結(jié)果與8月21日至11月10日期間土壤實(shí)測溫度表