Pr～△曲线的实验研究（寇建林,李亚峰）

时间：2022-02-22 15:02:08 浏览量：次

1．实验条件

冉庄水资源实验站位于太行山山前平原的保定市清苑县冉庄镇，属温带大陆性季风气候区，多年平均降雨量500mm。实验站设3个大型地中蒸渗仪，面积均为10m2，潜水埋深分别为1m、2m和8m。蒸渗仪内为回填亚砂土。每个蒸渗仪埋设3支中子仪测管，观测土壤含水量，同一深度由3支测管中予仪测得的平均值作为这一深度的测点含水率。蒸渗仪中还埋设负压计，用于观测土水势。自1987年建成以来，每年都在种植小麦、玉米的情况下进行试验，连续运行15年，资料基本完整。

2．研究方法

2．1降水入渗补给量随地下水埋深变化分析

在降水入渗补给过程中，入渗水量随深度的变化，取决于包气带的两个条件：一个是包气带重力水库容，其量等于饱和含水量与田间持水量之差，可以用库容量随深度变化的累积曲线来表示，如图1中曲线Ⅰ所示，这是降水入渗补给随深度变化的最大极限值。另一个条件是入渗水量随深度变化的沿程损失，其量等于田间持水量与实际含水量之差，可以用降水量减去沿程损失，即可用人渗水量来表示如图1曲线Ⅱ。由于降水入渗补给量受上述两个条件的制约，所以降水入渗补给从地表开始，首先受重力水库容的限制，沿着Ⅰ线逐渐增大，当重力水库容与可入渗水量相等时，即图1中两线相交处达最大值，其相应埋深称最佳埋深。随着埋深增大，由于受可入渗水量的限制，入渗量又沿Ⅱ线逐渐减小，变化越来越小，逐渐趋近于稳定。

降水入渗补给量随地下水埋深变化情况，可由Pr～△曲线(降水入渗补给曲线)描述。在自然条件下，Pr～△ 曲线从地表开始随深度的增大而增大，到最佳埋深处达最大值，以后又随深度的增加而减小，到一定深度趋于稳定。在实际工作中，人们最关心的有两个问题：一个是最佳埋深的存在及其位置，另一个是稳定点的存在及其位置。

2．2用蒸渗仪研究不同深度降水入渗补给量的方法

蒸渗仪水平衡式为：

Et=P+I+Eg-Rs-Pr±△W

根据平衡式右边实测的降水量P、灌水量I、潜水蒸发量Eg、地表径流量Rs、入渗补给量Pr和土壤水变量△W，可计算出蒸散发量Et。在没有地表径流的情况下，当一个时段内(P+I—Et)>0时，说明这个时段的降雨量与灌水量之和大于蒸散发量，多余的水进入土壤中，增大土壤储水量。8m筒全剖面有39个土壤含水量测点，每20cm一层，分层计算土壤水增量△Whi。通过某一深度hi逐层向下计算，入渗量Prhi=(P+I—Et)一△Whi，可得到各个深度的入渗量。当Prhi=0时，hi就是这一时段的最大入渗深度。

当某一时段fP+I—Et)<0时，表明这是蒸散发时段，土壤储水量减少的部分形成蒸散发。可以分层计算土壤水减少量△Whi(△Whi为负值)。逐层计算某一深度hi的蒸散发量Ethi=-(P+I—Et)—△Whi。可得到各深度向上的蒸散发量。当Ethi=0时，hi就是这一时段的最大蒸散发深度。

这样，逐时段、逐层循序计算，即可获得各时段、各深度的入渗量和蒸散发量。将一年内各时段同一深度的入渗量和蒸散发量分别累加，即得到各深度的年入渗量和年蒸散发量。

2．3实验结果分析

按照上述方法对1988～1995年7个水文年(其中包括4年丰水和3年枯水)的实测资料进行计算分析，得到8m蒸渗仪各深度人渗量、可人渗量和蒸散发量。经过综合将多年平均可入渗量和蒸散发量随深度的变化绘于图2。可入渗量线与图1曲线Ⅱ的线型基本一致。

从图2可入渗量与蒸散发量的对比分析可以得出：入渗量的沿程损失，实际上就是蒸散发量随深度的变化，二者之间的差异就是包气带土壤储水量的变化。

图2中的可入渗量随深度的变化曲线，是用8m蒸渗仪的实测资料，求得通过某一深度的水量。如果将某一深度当成某一地下水埋深，那就要受到在理论线中所分析的“重力水库容”的制约。也就是说，有“可入渗水量”没有“可容纳库容”，就要产生径流从地表流走。所以，对各入渗时段都要进行还原计算，将蓄满产流部分扣除，求得真实的降水入渗补给量随埋深的变化，并计算降水入渗补给系数绘于图3。降水入渗补给系数与地下水埋深关系曲线，从地表开始，随着埋深的增大仅值逐渐增大，埋深到Sm 时达最大值，即最佳埋深。然后随着埋深的增大，α值又逐渐减小，减小的速度越来越慢，6—8mα值的变化量小于0．007，曲线渐趋稳定。分析资料显示，降水入渗补给量随埋深的变化的最佳埋深不是定值，降水量较小时最佳埋深要小一些，降水量较大时最佳埋深要大一些。

3．结论

通过多年实测资料综合分析可以看出：在多年降水量500mm左右、亚砂土、种植小麦和玉米情况下，降水入渗补给量随埋深的变化的最佳埋深大约出现在3m左右，降水入渗补给系数随埋深变化的稳定点可以定为6m。

作者简介：

寇建林，男，汉族，河北省保定水文水资源勘测局，工程师。

李亚峰，男，汉族，河北省保定水文水资源勘测局，工程师。

来源：《河北水利》2007.8

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