Calculate Model Ｓtudy of the Soil Which is Steamed
and Distributed in the North of China
Lu Zeng-qi Fu Xue-gong
(Cangzhou Bureau of Hydrology & water Resource Survey, Cangzhou 061000, China )
Abstract: Calculation of quantity of soil steamed and distributed takes an important part in moisture content predict, rainfall surface flow calculate and evaluation of water resource,. Utilize water conservancy type soil evaporimeter and related scene , radiation , the materials observed on the surface of water to evaporate the instrument and, consider the influence of each factor of " soil - plant - atmosphere "system to soil steamed and distributed, set up calculate model of the soil steamed and scattered which is suitable for black dragon harbours.
Keyword：Soil steamed and distributed； Moisture content ； Soil - Plant - Atmospheric system ；Ground heat-conduction
1 土壤蒸散發(fā)影響因素
土壤蒸散發(fā)包括土壤蒸發(fā)和植物蒸發(fā)（散發(fā)），是半干旱半濕潤(rùn)的黑龍港地區(qū)水文循環(huán)主要的支出項(xiàng)。近幾十年來(lái)由于人類對(duì)大自然改造能力的大幅度提高，土壤蒸散發(fā)量在水文循環(huán)中的比例大幅度提高，局部地區(qū)、部分年份的蒸散發(fā)量甚至大于降水量—深層地下水開(kāi)采量、外流域引水量的一部分也消耗于蒸散發(fā)。區(qū)域蒸散發(fā)量的主要影響因素有土壤、氣象、作物三個(gè)方面。
1.1 土壤因素
影響土壤蒸散發(fā)的土壤因素可分為土壤含水量、地下水埋深、土壤質(zhì)地及結(jié)構(gòu)、土壤色澤與地表特征。
�。�1） 土壤含水量
土壤含水量是影響土壤水分蒸發(fā)的主要因素。土壤含水量高時(shí)，土壤蒸發(fā)實(shí)質(zhì)上接近自由水面蒸發(fā)，蒸發(fā)率比較穩(wěn)定。隨著土壤含水量減少，非飽和滲透系數(shù)降低，補(bǔ)給蒸發(fā)的水分響應(yīng)減少。當(dāng)土壤含水量減少至非飽和滲透系數(shù)接近零時(shí)，土壤蒸發(fā)全部以水汽擴(kuò)散方式進(jìn)行。
（2） 地下水埋深
地下水埋深越淺，土壤蒸發(fā)量越大。如果地下水面接近地面，其蒸發(fā)量甚至大于光滑水面的蒸發(fā)量。因?yàn)檎舭l(fā)表面面積增大了、反射率減少了。
�。�3） 土壤質(zhì)地及結(jié)構(gòu)
土壤質(zhì)地及結(jié)構(gòu)關(guān)系孔隙的數(shù)量、體積及其連通性，也影響到非飽和滲透系數(shù)。根據(jù)水分在非飽和土壤移動(dòng)情況，各種土壤的非飽和滲透系數(shù)的大小為：粘土>輕粘土>細(xì)砂壤土>沙土。設(shè)粘土土壤（直徑小于0.07mm）的蒸發(fā)量為100%，則直徑0.25~0.5mm的土壤蒸發(fā)量為81%，而直徑1.0~2.0mm的土壤為22.2%。
（4）土壤色澤及地表特征
土壤色澤影響土壤吸收太陽(yáng)輻射，因而影響于土壤溫度和蒸發(fā)。土壤顏色愈深，蒸發(fā)量越大。黃色土壤的蒸發(fā)量比白色的大7%，棕色土壤的蒸發(fā)量比白色的大19%，黑色土壤的蒸發(fā)量比白色的大32%（對(duì)太陽(yáng)光的反射率不同）。
由于風(fēng)的紊動(dòng)作用，高地的土壤蒸發(fā)量較谷地和盆地的大，粗糙地面的蒸發(fā)量較平滑地面的大。地表坡向不同，吸熱也有差異。15°的南向斜坡的土壤蒸發(fā)量作為100%，則東向斜坡的蒸發(fā)量為86%，北向斜坡為71%。[1]
1.2 氣象因素
主要包括輻射與氣溫、濕度、風(fēng)和降水方式四個(gè)方面內(nèi)容
�。�1）輻射與溫度
連續(xù)蒸發(fā)必需有連續(xù)供給汽化潛熱的能量，太陽(yáng)輻射是汽化潛熱能量的來(lái)源，黑龍港流域天文輻射量較小，但是晴天的機(jī)會(huì)多，獲得太陽(yáng)的能量多，所以土壤蒸發(fā)量大于天文輻射大，但是經(jīng)常陰天的南方地區(qū)。氣溫和地溫對(duì)于蒸發(fā)的影響很直接，氣溫決定空氣中飽和水汽含量和水汽擴(kuò)散的快慢，地溫決定土壤中水分子的活躍程度，因此氣溫和地溫越高，土壤蒸發(fā)越強(qiáng)烈。
�。�2）空氣濕度
大氣的相對(duì)濕度是影響蒸發(fā)的重要因素。當(dāng)溫度為17℃~18℃，平均相對(duì)濕度從91%降到75%，日蒸發(fā)量從2.5mm增至6.3mm。在大氣中水汽接近飽和的季節(jié)，土壤蒸發(fā)速度較小。此外地面以上的濕度梯度越大，土壤蒸發(fā)越強(qiáng)烈。
�。�3） 風(fēng)速
風(fēng)使接近土壤表面的空氣連續(xù)不斷地被擾動(dòng)，將接近飽和的空氣帶走，以較干燥空氣代替。風(fēng)速越大，蒸發(fā)作用越強(qiáng)。當(dāng)風(fēng)速為5.4m/s時(shí)，從100m3方形土柱中蒸發(fā)的水量為7.8g/小時(shí)，而當(dāng)風(fēng)速為0時(shí)，蒸發(fā)量?jī)H為0.3g/小時(shí)。[2]
�。�4） 降水方式
土壤中可供蒸發(fā)的水分與降水的數(shù)量、降水方式有關(guān)。降水量多，蒸發(fā)量大。同量的降水如果分成幾次小雨降下來(lái)，蒸發(fā)也多。
1.3 植物類別和生長(zhǎng)期
（1）植物品種
仙人掌、松樹(shù)等針葉植物的蒸散發(fā)量小，南方的大葉植物蒸散發(fā)量相對(duì)較大。同一種植物，因?yàn)檫z傳因素、種植密度、生長(zhǎng)狀況不同蒸散發(fā)量不同。
�。�2）植物的生長(zhǎng)階段
植物生長(zhǎng)初期，苗小生長(zhǎng)慢，葉面面積小，土壤蒸散發(fā)以土壤蒸發(fā)為主。隨著植物生長(zhǎng)，葉面積增大以及氣溫升高，植物散發(fā)逐步占主導(dǎo)地位，蒸散發(fā)總量增加。生長(zhǎng)后期，由于植株衰老，散發(fā)能力降低，蒸散發(fā)總量減少。
2 土壤蒸散量（Et）計(jì)算模型的建立
土壤蒸散是涉及“土壤—植物—大氣”系統(tǒng)的比較復(fù)雜的物理過(guò)程。其計(jì)算模型可用下式建立：
（1）
（2）
式中：
——反映大氣和植物因素的陸面蒸散能力；
——反映土壤因素的以土壤有效含水量為指標(biāo)的一個(gè)函數(shù)；
——用修正后彭曼公式計(jì)算得到的土壤足夠濕潤(rùn)情況下的土壤蒸散量，它反映大氣因素；
Q——地?zé)醾鲗?dǎo)修正量；
R——反映植物因素的植物散發(fā)系數(shù)；
下面就上述各個(gè)量的確定方法分別討論：
2.1 陸面蒸散能力（Em）的計(jì)算。
用衡水水文實(shí)驗(yàn)站20平方米蒸發(fā)量代表自然水體的蒸發(fā)量E0與彭曼公式計(jì)算得到的蒸發(fā)值E計(jì)相比較，發(fā)現(xiàn)其差值很有規(guī)律：E計(jì)4~8月份系統(tǒng)偏大、9月到次年2月系統(tǒng)偏小。用回歸分析方程及相關(guān)系數(shù)；
4—8月： 
相關(guān)系系數(shù)r=0.943 （3）
9—次年2月：
相關(guān)系系數(shù)r=0.920 （4）
式中E計(jì)為本站資料代入彭曼公式計(jì)算值。
彭曼公式開(kāi)始主要用于水面蒸發(fā)計(jì)算，但公式的基本假定也適用植被地段表面的情況，即當(dāng)土壤表面有充分水分供應(yīng)時(shí)，可以得出主要取決于氣象條件的可能蒸發(fā)值。兩者不同之處在于下墊面差別，可用反射率這個(gè)參數(shù)反映。我們?nèi)⊥寥辣砻娴姆瓷渎蕿?.2代入彭曼公式得到E計(jì)，再用回歸方程（3）、（4）進(jìn)行地區(qū)性修正，即可得Eo（見(jiàn)表1）。
表1 1986年—1989年各月Eo計(jì)算值（mm/月）
