在眾多影響潛水蒸發(fā)量的因素里,地下水埋深是影響潛水蒸發(fā)的核心因素,其對潛水蒸發(fā)的影響主要體現(xiàn)在蒸發(fā)強度的衰減規(guī)律和蒸發(fā)能否發(fā)生的臨界條件上。在一定范圍內(nèi)(未超過 “極限蒸發(fā)埋深”),地下水埋深與潛水蒸發(fā)量的關(guān)系,具體表現(xiàn)為以下三個階段:
·當(dāng)潛水埋深較淺時(如 0~2 米),潛水可通過包氣帶的毛管作用上升至地表或近地表,直接參與蒸發(fā)過程,此時蒸發(fā)量較大,且受氣象條件(如溫度、風(fēng)速)影響顯著。例如,埋深 0.5 米的砂土中,潛水蒸發(fā)量可能接近甚至等于水面蒸發(fā)量(因毛管水可快速抵達地表)。
·當(dāng)埋深增大時(如 2~5 米),毛管水上升路徑變長,沿途水分因土壤吸附、孔隙滯留等作用損耗增加,能夠到達地表參與蒸發(fā)的水量減少,蒸發(fā)量隨埋深增加而快速下降。
·當(dāng)埋深超過某一臨界值(即 “極限蒸發(fā)埋深”)時,毛管水無法抵達地表,潛水蒸發(fā)量趨近于 0。例如,黏土的極限蒸發(fā)埋深可能達 5~6 米,而砂土因毛管作用弱,極限埋深可能僅 2~3 米。
為了深入、精確地研究地下水埋深對潛水蒸發(fā)量的影響,科研人員采用了多種方法,其中蒸滲儀發(fā)揮著重要作用。蒸滲儀,尤其是稱重式蒸滲儀和水位控制型蒸滲儀,在研究中展現(xiàn)出自有的優(yōu)勢。其意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1、實現(xiàn)潛水蒸發(fā)的直接、精準(zhǔn)測量
潛水蒸發(fā)受地下水埋深、包氣帶巖性、氣象條件等多因素耦合影響,野外自然條件下難以隔離單一變量,導(dǎo)致間接計算存在較大誤差。
而蒸滲儀(尤其是稱重式蒸滲儀或水位控制型蒸滲儀)可通過以下方式實現(xiàn)精準(zhǔn)測量:
·維持地下水埋深穩(wěn)定(通過自動補水 / 排水系統(tǒng)維持設(shè)定水位),排除地下水位波動的干擾;
·減少邊界干擾: 封閉邊界減少側(cè)向水分交換,確保測量的水量變化僅來自潛水蒸發(fā)(及作物蒸騰,若種植植被);
·結(jié)合高精度傳感器(如稱重傳感器、土壤含水率探頭),直接記錄單位時間內(nèi)的水分損失量,為潛水蒸發(fā)強度提供 “真值” 數(shù)據(jù),克服傳統(tǒng)方法的估算偏差。
2、揭示單一因素對潛水蒸發(fā)的影響機制
蒸滲儀的可控性使其能通過對比試驗單獨研究某一因素的作用,為 “控制變量法” 提供支撐:
·在相同氣象條件下,設(shè)置不同潛水埋深的蒸滲儀組,可量化 “埋深 - 蒸發(fā)” 關(guān)系(如確定 “極限蒸發(fā)埋深”—— 超過此深度后潛水蒸發(fā)趨近于零);
·更換蒸滲儀內(nèi)的土壤類型(砂質(zhì)土、黏質(zhì)土等),可明確包氣帶巖性對毛管水上升高度、蒸發(fā)速率的影響;
·通過種植不同作物或設(shè)置裸地對照,可區(qū)分土面蒸發(fā)與作物蒸騰的比例,揭示植被(如作物根系)對水分向上輸送的調(diào)控作用。
這種 “控制變量法” 研究為建立潛水蒸發(fā)的物理機制模型提供了直接證據(jù)。
3. 支撐農(nóng)業(yè)節(jié)水管理實踐
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,潛水蒸發(fā)是作物耗水的重要組成部分(尤其在旱作農(nóng)業(yè)區(qū))。通過蒸滲儀研究:
·優(yōu)化種植結(jié)構(gòu):確定不同作物在不同埋深下的潛水利用量,為 “以水定種”(根據(jù)地下水條件優(yōu)化種植結(jié)構(gòu))提供依據(jù);
·模擬灌溉制度對潛水蒸發(fā)的影響(如過量灌溉導(dǎo)致地下水位上升,是否加劇蒸發(fā)和次生鹽漬化),指導(dǎo)節(jié)水灌溉方案設(shè)計;
澳作公司的SoilScope控制型蒸滲實驗系統(tǒng)(稱重式地中蒸滲儀)采用“直接稱重”方式,稱重傳感器精度達到了1/10000,使蒸滲儀的蒸散分辨率達到了0.01mm(1平米面積蒸滲儀),可以直接精準(zhǔn)測量潛水蒸發(fā)量。
該系統(tǒng)功能全面,不僅可以測量垂直降水(雨、雪等) ,還能夠準(zhǔn)確觀測“水平降水(霜、露等)。從而獲取不同氣候和水分條件下與大田一致的蒸散量、滲漏量。
此外,其恒水位控制系統(tǒng)能夠任意控制不同地下水埋深。兩種控制模式,即自動跟蹤與人為設(shè)定。自動跟蹤水位模式,測量精度達到0.2mm。
可以獲得隨季節(jié)變化的不同地下水埋深的潛水蒸發(fā)量。一體化設(shè)計,避免了常規(guī)測量方式引起的誤差。
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