包气带中温度变化对水分分布影响的实验研究.pdfVIP

维普资讯 2004年第 3期 水文地质工程地质 包气带中温度变化对水分分布影响的实验研究 万 力，曹文炳 ，周 训，胡伏生，陈劲松，张文洋，卢洪雷 (中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083) 摘要：笔者在高 180cm、宽50cm的砂槽中，做了温度对水分运移影响的模拟试验。试验结果表明，在包气带一定深度以 下 ，孔隙相对封闭，孔隙内液态水与气态水处于动态平衡 ，相对湿度接近或达到饱和状态。在此条件下，砂柱内温度场的 任何微小变化都会导致孔隙系统内的水分发生蒸发或凝结。当包气带内温度场发生变化时，气态水在温度梯度作用下， 向最低温度界面运移，蒸发或是凝结取决于最低温度界面的性质。在不发生聚集的开放性界面上出现蒸散，消耗包气带 内水分。在聚集性封闭界面上则出现凝结，使包气带内水分增加。在温度场控制下，包气带中气态水凝结或蒸发是水分 运移的另一重要形式，它在一定程度上决定着水分的分布状态，尤其在温差巨大的地区，这种作用显得十分重要。 关键词：包气带 ；气态水；含水量；温度；生态环境；西北干旱地区 中图分类号：P6416；P641．73；P64214 文献标识码：A 文章编号：1000·3665(2004)03·00250·4 西北地区属典型的干旱大陆性气候，大部分地区 降温时砂槽内相对湿度、含水量、温度的变化值。试验 属于季节冻土带。在这种气候背景下，包气带中年内 时，将冷却器与安装在盛冰水混合物中的水泵相连，构 的温度变化幅度很大。这种变化是否会对包气带孔隙 成一个冷却循环系统，对砂槽内部进行局部降温，使之 中水 、汽转化及水分运移和分布产生影响，是一个值得 形成低温带，观察温度对砂柱内含水量的影响。 研究的问题。作者 曾指出：夏、秋季节，日温差大，造成 2 试验装置及试验方法 的地表温度与地温温差是凝结水形成的主控因素…。 包气带内温度场的变化会造成孔隙中水、汽的转化，由 2．1试验装置 此而产生的蒸发和凝结作用，致使其中的含水量分布 砂槽体积(高 ×长 ×宽)180cm×50cm×50cm，槽壁 状况发生变化。本次试验 目的主要是研究包气带中温 用 lcm厚的强化塑料板制成。除顶部未封闭外，其余 度场的变化对水、汽转化的控制作用。 部分密封性好。充填砂柱结构 自下而上为：粉细砂 30era，砾径为0．2～0．5cm的卵石 15cm，粉细砂 111em 1 试验思路与构想 (其中表层30cm厚为干砂)。紫铜管(直径为0．80cm) 作者在野外试验 中发现，在沙丘包气带中，白天地 制成的蛇形冷却器，埋设在砂槽上部，距砂柱顶面 表温度高于地温。在热力场作用下 ，包气带中的水汽 20era。距冷却器下方 5cm处为 1号测点，安装第一组 向下运移、凝结；夜间地表温度低 ，而地温较高，水汽从 含水量、温度和相对湿度测量仪器。第二仪器组安装 下向上运移，砂层 内含水量减少…。说明包气带中水 在第一组下方 15era处，为2号测点，其余各组仪器安 汽有 向温度低的方 向运移的特点，如在室 内能用模拟 装间距 ，均距上一组 15cm。 试验再现这一特征，便可研究包气带中温度场的变化 试验使用仪器有：SN2202数字温度计 3台(测量 对水汽转化的控制作用。为此，在室内制作一个高与 精度为 0．1℃)；TSCⅡ智能化土壤水分快速测试仪 2 额济纳旗包气带厚度相近 的大型砂槽 ，内装一定湿度 台(测量精度为 1‰体积含水量)；CENTER1300相对湿 的粉细砂，使其密度接近野外的天然密度 ；砂槽上部埋 度仪 1台。其它设备有：微型潜水泵 1台，冰水混合物 设