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?shù)貛砹私?jīng)濟效益，同時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，進而對土壤內水分運移、土壤內微生物的活動、土壤內植物根系對營養(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)關注的是地表熱量的進、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，以土壤水動力學理論為指導，采用原位實驗、室內實驗及數(shù)值模擬技術相結合方法，同時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)展有著理論與實踐意義。
　　本文在毛烏素沙地選擇原位實驗場進行了風積沙溫度、含水率和地下水位的實時監(jiān)測；

3、通過豎管法測定其飽和滲透系數(shù)；實驗室中對風積沙的熱導率、比熱容和熱擴散率以及相關水力學參數(shù)進行了測定。
　　在此基礎上，分別計算了一年內不同月份表層和自由水面?zhèn)鲗崃?。其中，表層的傳導熱量與氣溫關系密切，當氣溫高時主要表現(xiàn)為向土壤傳熱，當氣溫低時表現(xiàn)為向外界傳熱；而自由水面的傳導熱量卻與表層相反，氣溫高時表現(xiàn)為向下傳熱，氣溫低時表現(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)除了熱傳導之外，其他熱量傳輸方式的影響不能忽

4、略。
　　為了進一步研究土壤在熱傳導、熱彌散和熱對流綜合作用下的熱量傳輸，本文使用美國地質調查局開發(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)對土壤熱量傳輸進行了模擬。該時段內模擬區(qū)的土壤主要以熱傳導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、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，但在水位上升時有暫時的熱量吸收。該模擬結果與8月21日至11月10日期間土壤實測溫度表