於嘉闻，贾瑞亮，周金龙

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆水文水资源工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052)



新疆潜水蒸发试验研究进展

於嘉闻1,2，贾瑞亮1,2，周金龙1,2

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆水文水资源工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052)

[摘要]在新疆平原区，潜水蒸发量约占地下水排泄总量的50%，对新疆潜水蒸发的研究具有重要的理论和现实意义。结合相关的研究成果对北疆和南疆两个区域潜水蒸发的研究方法和进展进行了总结，最后指出了当前大多研究总结还不够充分，部分地区还需考虑降雨入渗对潜水蒸发的影响问题，未来研究还需从宏观多角度方向去拓展新的研究方法，进一步提升对新疆区域潜水蒸发模型的研究的发展趋势。

[关键词]新疆；潜水蒸发；综述

在新疆的大部分平原地区由于气候干旱、蒸发强烈，潜水蒸发对土壤水分的损失有着相当大的影响，并且还关系到土壤盐碱化等问题。新疆平原区地下水矿化度≤2 g/L的地区多年平均地下水排泄量为305.79×108m3，其中潜水蒸发量为151.49×108m3(占总排泄量的49.5%)[1]。由于潜水蒸发是水循环过程中的重要环节，所以研究新疆地区的潜水蒸发对于掌握农田作物和区域水循环规律具有十分重要的作用。本文结合国内外对于潜水蒸发研究的最新成果，对新疆潜水蒸发的影响因素、试验研究方法等方面所取得的主要进展、在研究过程中所存在的问题以及对未来研究的展望进行了论述。

1新疆潜水蒸发的影响因素

周金龙等[2]、来剑斌等[3]、李艳等[4]、樊自立等[5]、胡顺军等[6]、Helge Bruelheide等[7]、Zhou Hongwei等[8]通过试验研究得出了新疆潜水蒸发受土壤的供水能力及大气蒸发能力的影响，地表的作物覆盖率也是新疆潜水蒸发的一个主要影响因素。

刘广明和杨劲松通过实验围绕地下水矿化度对潜水蒸发量的影响等方面进行了深入的研究[9]。来剑斌等在新疆渭干河灌区地下水均衡试验场利用实测资料根据不同埋深的潜水蒸发情况，提出了相关的潜水蒸发公式，并得出土壤质地是影响新疆潜水蒸发的一个主要因素[10]。同时曹红霞等、张振华等得出了灌溉制度和地下水埋深对潜水蒸发影响较大的结论[11-12]。郭占荣等在作物种植条件下利用地中渗透仪对潜水入渗补给量和潜水蒸发量进行了观测，结果表明：潜水蒸发主要受包气带土壤水能态分布特征及其物理特性这两个因素的影响[13]。闫华和周顺新通过数值模拟得出在作物生长的条件下，潜水蒸发与作物的种类以及根系发育程度有着密切的关联，特别是在作物生长旺盛期，作物根系所吸收的水量也占据了潜水蒸发量很大一部分比例[14]。

2新疆潜水蒸发的试验研究方法与进展

自20世纪80年代以来，为了正确评价新疆的地下水资源状况，新疆地区的地矿及水利部门建立了以研究潜水蒸发为主的地下水均衡试验场[2]。对于潜水蒸发的研究也从试验阶段[15]逐渐转向机理研究阶段。常见的一种是从机理来对潜水蒸发进行理论分析求解，其中主要的研究方法是数值模拟[16-18]，而在计算方面也主要以数值模拟为主[19-20]；另一种是通过对室内、现场试验资料的分析，整理出潜水蒸发的规律，并推算出相应的经验公式[21-26]。

2.1北疆地区

2010年以前，郭占荣等于2002年对作物进行了不同潜水埋深条件下的模拟种植试验，得出了潜水蒸发和作物需水量之间的变化规律[13]。2005年孙宝林等对潜水在有效蒸发期内潜水蒸发量的特征进行了分析，得出了潜水埋深的调控范围[27]。2007～2008年付秋萍等利用新疆昌吉站和渭干河站实测潜水蒸发数据资料就埋深为零时的潜水蒸发强度和水面蒸发强度(即E0)进行计算与对比分析，结果发现误差较大；结合经验公式对潜水蒸发量进行拟合，认为在新疆地区清华公式有广泛的通用性，而阿氏公式、叶氏公式以及幂函数公式仅在潜水埋深较浅的地区拟合精度较好[23]。

2010年以后，史文娟等于2013年通过室内的土柱蒸发模拟试验测定出土壤全盐量，得出覆膜对潜水蒸发有明显抑制作用的结论[28]。2015年贾瑞亮等依据昌吉地下水均衡试验站内的蒸渗仪潜水蒸发试验着重分析不同总溶解固体(TDS)的潜水在不同埋深和不同土质条件下的潜水蒸发动态规律，以及非冻结期TDS对潜水蒸发影响的规律和机理[29-30]。在研究过程中提出了干旱区潜水蒸发溶解性总固体(TDS)折算系数(KM)，得出了潜水TDS与潜水蒸发系数之间以及冻结期和非冻结期高盐度潜水蒸发量与淡潜水蒸发量之间的关系[31-32]。

2.2南疆地区

2010年以前，2000年宋郁东等利用潜水蒸发法估算出了塔里木河流域天然植被的蒸发蒸腾量[33]。胡顺军等人根据水面蒸发对比试验和潜水蒸发试验分析了不同土质下埋深为零时潜水蒸发与水面蒸发之间的关系，分析了二者与土壤机械组成的关系[6]。并结合潜水蒸发的变化规律建立了该地区潜水蒸发的经验公式[34]。2006年胡顺军等通过做裸地和柽柳生长条件下野外潜水蒸发对比试验，提出了柽柳生长条件下潜水蒸发量的计算方法及相应潜水蒸发的计算模型[25]。2008年胡顺军等采用最小二乘法对塔克拉玛干沙漠风沙土壤的水分特征曲线方程进行了拟合；通过对该地区非饱和土壤导水率的测定得出了相应的计算公式并推导出了计算潜水极限蒸发强度的准解析解；研究结果表明：随潜水埋深的增大，潜水极限蒸发强度呈幂函数关系减小[35]。2009年张永明在阿克苏塔门镇水平衡试验站采用王积强先生设计的简易蒸渗仪模拟试验并得出了实测结论，通过建立潜水蒸发模型，较好地反映出了该地区潜水蒸发与水面蒸发、埋深这两个因素之间的关系，并对计算方法等有关问题进行深入的探讨[36]。

2010年以后，栗现文等在巴州灌溉试验站利用蒸渗仪进行了不同矿化度的潜水蒸发试验，试验得出了潜水蒸发和蒸发时长、矿化度等均呈线性正相关的关系[37]。并结合当前的试验研究现状对高盐度潜水蒸发的发展做了分析和展望，为日后进一步研究干旱区高盐度潜水蒸发提供了理论参考[38]。2013年邢旭光等进行了裸土、覆膜无作物和不覆膜有作物这三种条件下的潜水蒸发试验，通过分析得出潜水蒸发均表现为夜间蒸发量大于白天蒸发量[39]。利用潜水蒸发强度等相关实测资料，得出阿氏公式、叶氏公式和雷氏公式对于新疆地区的粘壤土所选用的E0值均可适用的结论[40]。他们利用潜水蒸发试验研究了在不同覆膜开孔率的条件下，潜水蒸发与土层地温之间的关系，最终得出覆膜能十分有效的抑制潜水蒸发并且减小土壤的温度变幅[41]。

2.3全新疆

2002年周金龙等通过对潜水蒸发试验当中影响潜水蒸发的因素、极限深度的确定、潜水蒸发系数变化规律、经验公式的推算进行了探究和分析[42]。2003年周金龙等通过新疆平原区7个地下水均衡试验场潜水蒸发的观测资料分析了潜水蒸发的影响因素，给出了相应的经验公式；并基本掌握了新疆北部、南部和东部平原区的潜水蒸发规律[2]。2004年周金龙等通过对新疆平原区地下水补给量、排泄量等误差来源的研究提出了减少评价误差的几点措施和意见，并得出新疆地下水排泄主要通过浅埋带蒸发、人工开采以及泉水自溢三种方式进行排泄，其中最主要的排泄方式是浅埋带的蒸发排泄[43]。2006年周金龙等通过TM卫星影像处理、水文地质调查、GIS技术查明并划定了计算单元，确定了新疆平原非灌区的潜水蒸发系数，进而推算出自然植被的生态耗水量[44]。史文娟等通过土柱模拟实验，研究了新疆盐渍土中的盐分对潜水蒸发强度的影响[19]。随后又进一步研究了夹砂层土壤蒸发强度的计算方法，得出了砂层在不同条件下对水分的蒸发既可促进也可抑制的结论[45-46]。

3新疆潜水蒸发研究存在的问题及未来研究展望

3.1存在的问题

虽然近些年许多专家对新疆潜水蒸发的研究工作取得了长足的进展。但是由于影响潜水蒸发的因素十分复杂，在新疆关于潜水蒸发量的计算问题尚未得到较好的解决。虽然研究了多种潜水蒸发量的计算模型，但到目前为止，直接考虑作物生长阶段以及不同作物种植条件下对潜水蒸发量影响的研究报道相对较少。在有些文献当中，只是简单的将潜水蒸发分为了地下水有效和无效利用量，却忽略了植株棵间蒸发量这一重要的田间耗水因素。由于高盐度潜水蒸发机理的复杂性，潜水矿化度在蒸发过程中对潜水蒸发量的影响以及在极端干旱区的潜水蒸发试验和机理还需要更加深入的研究和探讨[37-38]。由于全疆各地区气候、潜水蒸发极限埋深的差异较大，大多试验研究的总结还不够充分，特别是新疆的部分地区还需要考虑降雨入渗对于潜水蒸发的影响[47]。

3.2未来研究展望

随着科技和理论的不断进步和完善，在新疆的潜水蒸发研究中更多的还是需要从宏观多角度的方向去拓展新的研究方法，进一步提升对新疆区域潜水蒸发模型的探究，结合新疆地区气候条件影响等因素将有关潜水蒸发的经验公式充分应用到实际的潜水蒸发量的估算当中来，利用RS、GIS等工具来对新疆特定区域的气象、土壤、植被、地下水等相关资料进行综合的分析与整理。

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Summary of Evaporation from Phreatic Water in Xinjiang

YU Jia-wen1,2，JIA Rui-liang1,2，ZHOU Jin-long1,2

(1.College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China；2. Xinjiang Hydrology and Water Resources Engineering Research Center, Urumqi 830052, China)

Abstract:In the Xinjiang Plain area, the phreatic water evaporation account for 50% of the total groundwater discharge, which is theoretic and practical significant for studying Xinjiang phreatic water evaporation. Based on the related research, the research methods and progress about the phreatic water evaporation of the Northern Xinjiang and the Southern Xinjiang are summarized. At last, this paper points out the current existing problems and the result insufficient, in some area, we should consider the influence of rainfall infiltration on the phreatic water evaporation. In the future study, we also improve the new studied method to develop our future research direction in a macro perspective direction and furthermore improve our developed trend of the phreatic water evaporation model in Xinjiang area.

Key words:Xingjiang；Evaporation from the phreatic water and to review

[收稿日期]2015-08-25

[基金项目]国家自然科学基金委员会-新疆维吾尔自治区人民政府联合基金重点支持项目“干旱内陆盆地地下水流系

[作者简介]於嘉闻(1992-)，男，江苏南通人，在读硕士研究生，主攻方向：干旱区潜水蒸发试验与数值模拟。[通讯作者]周金龙(1964-)，男，浙江龙游人，博导，研究方向：干旱区地下水资源评价、灌区土壤水-盐运移监测与模拟、区域地下水水质演化等。

[中图分类号]P641.132

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)01-0016-03

统模式与地下水补给排泄研究”(U1403282)