蘇浩

（遼寧省水文水資源勘測局鞍山分局，遼寧 鞍山 114002）

地下水是水資源的重要組成部分，潛水蒸發(fā)是地下水向土壤水和大氣水轉(zhuǎn)化的主要形式之一，是四水轉(zhuǎn)化中的重要一環(huán)，是地下水排泄的主要途徑，是水量平衡的重要因素之一，是水資源評價和地區(qū)水利規(guī)劃的基礎資料。潛水蒸發(fā)指潛水向包氣帶輸送水分，并通過土壤蒸發(fā)或（和）植物散發(fā)進入大氣的過程，是地表蒸發(fā)和作物蒸騰所消耗的土壤水分中來自地下水的那部分水量，是自然界水循環(huán)的組成部分，因此探討作物生育期對潛水蒸發(fā)的影響具有十分重要的意義和作用。

1 實驗區(qū)概況

實驗區(qū)域在遼寧省鞍山市臺安縣，位于遼寧省的中部，遼河下游三角洲的腹部，鞍山市的北端。臺安縣境內(nèi)地勢平坦，屬遼河沖積平原，平均海拔6～7m，處在南溫帶亞濕潤區(qū)內(nèi)，屬大陸性季風氣候，雨熱同季，四季分明，光照充足。年平均氣溫8.3℃，1月平均氣溫－11℃，最低氣溫－28.3℃；7月平均氣溫24.5℃，最高氣溫35.4℃。年平均降水量629.4mm，多集中在7—9月份，無霜期170d左右。

實驗田間埋設26個地中滲透儀，地中滲透儀為直徑60cm、厚5mm、深4.0m或4.5m、截面積3000cm2的鐵試筒。26個試筒最深為4.5m，最淺為0.0m。其中12個試筒中裝有遼中、渾蒲、燈塔、凌海、大洼及東港等6個地方取的原狀土，另外14個試筒中裝有臺安本地水田原狀土，氣象場部分包括直徑20cm的雨量器和虹吸式自計雨量計2套；固態(tài)存儲雨量計一套；直徑20cm的蒸發(fā)皿和E601蒸發(fā)器；百葉箱2套，1套內(nèi)裝自計溫度計和濕度計，另一套內(nèi)裝干球、濕度溫度表、濕度表；風向風速計；氣壓計；地溫計等。

2 問題的提出

當前，在北方地區(qū)進行節(jié)水改造的規(guī)劃中，對有無作物生長條件下的潛水蒸發(fā)、地下水補給量等方面存在模糊的認識。大多數(shù)灌區(qū)灌溉用水計算中，對地下水的利用量大多數(shù)采用經(jīng)驗值，甚至將裸地條件下所獲得的潛水蒸發(fā)關系用于估算有作物生長時的潛水蒸發(fā)，所造成的誤差是不容忽略的。

潛水蒸發(fā)是指在一定的地面大氣氣象條件下，地下水向包氣帶輸送的水分。影響潛水蒸發(fā)強度的主要因素，除了大氣條件外，還受地下水埋深、土質(zhì)等影響，此外，還與種植的作物種類和作物的生育階段有關，因為種植作物時，由于植物冠層的遮蓋，土表的蒸發(fā)強度被減弱，但由于植物的存在，植物根系在土層中汲取水分，這使得有作物生長條件下的潛水蒸發(fā)與裸地潛水蒸發(fā)的物理過程有了質(zhì)的變化。

在有作物生長的情況下，作物蒸騰即是作物表面的水分蒸發(fā)，水份的蒸騰損失為植物根系吸收水分提供最主要的動力，因而潛水蒸發(fā)也將隨作物類型和作物生育階段而異。

3 作物生育期對潛水蒸發(fā)的影響

3.1 土質(zhì)影響

土質(zhì)是影響潛水蒸發(fā)的主要因素之一，不同土質(zhì)潛水蒸發(fā)量表現(xiàn)不同，不同土壤巖性潛水蒸發(fā)系數(shù)如圖1所示。從圖1中可以看出土質(zhì)對作物生育期的潛水蒸發(fā)有一定影響，在需水高峰期的潛水蒸發(fā)系數(shù)是最大的；在埋深、氣候和作物生長條件相同下，土壤顆粒越粗，潛水蒸發(fā)量越大。同一埋深條件下，砂土的潛水蒸發(fā)系數(shù)明顯比粘土大，這是因為粘土的粘性比砂土的大，而土壤粘性越大，它的阻水能力就越強，從而抑制了潛水蒸發(fā)，同樣亞砂土的潛水蒸發(fā)系數(shù)明顯比亞粘土大。潛水蒸發(fā)不僅與土壤的顆粒大小有關，而且與土壤的結(jié)構(gòu)有關，砂土是最適合于潛水蒸發(fā)的巖性。

圖1 不同土壤巖性潛水蒸發(fā)系數(shù)對比圖

3.2 埋深影響

圖2為4種土壤巖性在不同埋深下的月潛水蒸發(fā)系數(shù)圖。從圖2可看出，潛水埋深在0.5～2.0m之間時，潛水蒸發(fā)隨潛水埋深的增大而迅速減??；在潛水埋深大于2.0m時，潛水蒸發(fā)減小的速率又趨于緩慢；潛水埋深達到3.0～4.0m時，不同巖性的潛水蒸發(fā)量趨近于零，因此可以認為是這種巖性的極限埋深。

圖2 4種土質(zhì)不同埋深的月潛水蒸發(fā)系數(shù)圖

有植被覆蓋的潛水蒸發(fā)在一定范圍內(nèi)隨著埋深的加大，潛水蒸發(fā)量逐漸減弱，不同的埋深，潛水蒸發(fā)能力不同。

圖3 潛水蒸發(fā)系數(shù)C與降雨量關系圖

3.3 降雨影響

潛水蒸發(fā)受降雨影響在地下水埋深小于1.0m范圍內(nèi)表現(xiàn)較為明顯。由圖3可看出，C值變化與降雨量變化大致呈相反特征，降水期間C值較小，這是由于降水期間，非飽和帶重力水下滲，很大程度上抑制了潛水蒸發(fā)，致使?jié)撍舭l(fā)量急劇減小，這個過程直至次降水過程過后仍持續(xù)一段時間。而在同一時間內(nèi)水面蒸發(fā)受降水影響減小過程在降水過后很快恢復。形成潛水蒸發(fā)減小至恢復的時間不僅滯后于而且長于水面蒸發(fā)減小至恢復的時間，這段時間內(nèi)，C值明顯偏低，形成與降雨量相反的變化特征。

圖4 不同土壤巖性在不同月份潛水蒸發(fā)系數(shù)對比圖

3.4 作物生長期影響

有作物時潛水蒸發(fā)的變化過程受作物生育過程的影響，一年中最大的潛水蒸發(fā)時期是作物開花到成熟期。此期間由于作物根系強烈的吸水作用，使得潛水蒸發(fā)能力大幅度提高，因此作物生長需水高峰期月潛水蒸發(fā)系數(shù)C值較高。此試驗項目種植的作物為大豆，大豆的生育期為6月中旬播種，10月初收割，大豆開花成熟期為7—8月。大豆生長條件下不同土壤巖性的月平均潛水蒸發(fā)系數(shù)變化規(guī)律見圖4。7月份是大豆生長需水高峰期，由圖4可見，對于任何土壤巖性，7月份的潛水蒸發(fā)系數(shù)都是最大的，而生長初期和生長末期，潛水蒸發(fā)系數(shù)較小。

4 結(jié)語

在地下水淺埋地區(qū)，地下水通過毛管上升而補給包氣帶土壤水的作用十分明顯，對作物生長意義很大。種植作物可以增加地表覆蓋，降低水分蒸發(fā)量，減少地表徑流，改善土壤結(jié)構(gòu)，加強入滲淋溶作用。有作物時的潛水蒸發(fā)與裸土時不同，土壤蒸發(fā)不再是主要的水分損失，主要的水分損失是作物蒸騰。在有作物生長條件下一方面由于地表覆蓋度增強及根系對土壤的穿透作用，改善了土壤物理性質(zhì)，減少了土壤水分蒸發(fā)量；而另一方面由于作物的蒸騰作用，大量消耗土壤水及地下潛水。

有作物的潛水蒸發(fā)受降水影響在地下水埋深小于1.0m范圍內(nèi)表現(xiàn)較為明顯，C值變化與降水量變化大致呈相反特征，降水期間C值較小。

有作物時的潛水蒸發(fā)主要是受作物生長影響，水面蒸發(fā)（大氣蒸發(fā)能力）是通過作物生長來影響潛水蒸發(fā)的，所以潛水蒸發(fā)與水面蒸發(fā)并無直接關系。有作物時的潛水蒸發(fā)與裸地時不同，土壤蒸發(fā)已不是主要的水分損失，主要的水分損失是作物蒸騰。因此，有作物時潛水蒸發(fā)的變化過程受作物生育過程的影響，一年中最大的潛水蒸發(fā)時期是作物開花到成熟期，此期間由于作物根系強烈的吸水作用，使得潛水蒸發(fā)能力大幅度提高，潛水蒸發(fā)的驅(qū)動因素不再單純決定于地上的大氣條件，大氣蒸發(fā)能力已變成影響潛水補給的次要因素。

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