滨海平原区包气带垂向多重界面水热盐耦合运移转化机制及生态效应研究

Multiple interfaces exist in vadose zone of coastal plain because of shallow groundwater recharge and evaporation , in which soil water-heat-salt transport directly affect ecological vegetation system. It is theoretically practically significant to reveal the complex migration regularity and to explore its influence on surface vegetation growth. This project intends to firstly study soil water-heat-salt migration and trasform mechanisms,according to the laboratory experiments and the field observation. Secondly, HYDRUS-3D model is set up to explore the dynamic behaveir of water and heat under temperature gradient and matric potential gradient, as well as salt migration. Thirdly, the influences of rainfall and groundwater on water –heat -salt migration in vadose zone is researched based on the theories and experiments. Furthermore, the response of vegetation ecosystem effected on soil water-heat-salt migration is studied to analysis the adapt ecological conditions in GSPAC. The reaearch can provide a theoretical approach to ecological function recovery and regulations of soil water resource and groundwter resource.

滨海平原区包气带因地下水埋藏浅、补给和蒸发等因素作用产生垂向多重界面，包气带水热盐在多重界面间的迁移转化直接影响表层植被生态系统。揭示这一复杂运移规律并探讨其对表层植被生长及生态环境的影响效应具有重要的理论实际意义。本课题拟从包气带垂直分带划分方法及多重界面间的水热盐运移转换机制研究入手，开展室内模拟试验与野外观测试验，建立Hydrus-3D耦合模型，探讨包气带水热盐在温度梯度、水势梯度及溶质势梯度驱动下的界面动力学变化规律，研究降雨、蒸发与地下水对包气带水热盐在多重界面中迁移转化的影响机理，着重研究GSPAC体系下植被生态系统对包气带水热盐运移的响应机制以及地下水动态变化与表层植被生态演化的相互关系，探索植被适生环境，为面向生态的土壤水资源及地下水资源调控提供科学依据。

滨海平原区包气带因地下水埋藏浅、补给和蒸发等因素作用产生垂向多重界面，包气带水热盐在多重界面间的迁移转化直接影响表层植被生态系统。揭示这一复杂运移规律并探讨其对表层植被生长及生态环境的影响效应具有重要的理论实际意义。资料调研、野外水文地质调查与抽水试验结果表明天津滨海地区多孔介质沉积物的空间分布具有较强的非均质性与不连续性。开发了HCA-SLE反演算法，可以更精确地刻画不连续非均质多孔介质的空间分布，其反演结果预测保守溶质的运移具有显著改进。砂箱降水-入渗试验结果表明微咸水入渗会造成土壤积盐，但整个土壤剖面含盐量并非都会增加，表层土盐分增加较为明显，各个深度土壤盐分变化趋势与含水率变化趋势一致。在地下水埋深较浅的情况下，土壤水分和地下水交替频繁，进而土壤盐分也表现出一定的波动，但对于地下水埋深较大的地区，地下水和土壤水交替缓慢，使得土壤盐分变化不大。地下水矿化度越高，土壤蒸发越弱，地下水累积补给量相应较小。在潜水浅埋条件下，潜水和包气带土壤水共同对植被需水起动态调节作用；潜水埋深过浅时，需要采取一定的水盐动态调控措施；地下水通过影响植物的根系生长，进而影响植物的根冠关系和冠层的光合作用，对作物的水分利用效率发生作用。包气带水热盐耦合运移模拟结果表明随着地下水埋深的增加，土壤热液态水通量出现向上运移现象的深度范围也会增大，这是由于其在相对应的深度水分含量较少，吸收相同的热量时，温度上升较快，这也与温度及其梯度时空变化场一致。