羊莊盆地土壤水分變化規(guī)律研究

葉進(jìn)霞

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州　272100)

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羊莊盆地土壤水分變化規(guī)律研究

葉進(jìn)霞

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州272100)

羊莊盆地地下水資源豐富，是棗莊市和滕州市的主要供水水源之一。該文采用中子法和烘干法相結(jié)合的監(jiān)測方法，對羊莊盆地不同位置、不同深度和不同時(shí)間段的土壤水分進(jìn)行了監(jiān)測，分析了土壤水分在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律；土壤水分監(jiān)測為求取有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)和地下水資源評價(jià)提供了基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

中子法；烘干法；土壤水；羊莊盆地

引文格式：葉進(jìn)霞.羊莊盆地土壤水分變化規(guī)律研究[J].山東國土資源，2015，31(7)：33-35.YE Jinxia.Study on Change Rule of Soil Moisture In Yangzhuang Basin[J].Shandong Land and Resources,2015，31(7)：33-35.

土壤含水量監(jiān)測是確定包氣帶土壤給水度的有效方法之一，進(jìn)而為地下水均衡計(jì)算和地下水資源評價(jià)提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，是地下水均衡計(jì)算中的重要內(nèi)容。

1　研究區(qū)概況及監(jiān)測方法

羊莊盆地位于山東省棗莊市西北部，是一個四周環(huán)山的大型構(gòu)造盆地。盆地四周封閉，西南部有唯一的地下水出口，為一較理想的巖溶型蓄水盆地。區(qū)內(nèi)多年平均降水量761.5m，地下水匯集排泄區(qū)面積153km2，地下水資源豐富，是棗莊市和滕州市的主要供水水源之一[1]。

該次監(jiān)測采用傳統(tǒng)的烘干法和先進(jìn)的中子法進(jìn)行。中子法不擾動土壤結(jié)構(gòu)，不受水分物理狀態(tài)變化的影響，能作任何深度的測定，簡便、快速[2]；中子法測定的水分是一個容積內(nèi)的平均值，準(zhǔn)確性好；但由于存在潛在的輻射危害，近年來僅少量應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究。中子法通過儀器的計(jì)數(shù)器顯示出計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)率的大小反映了含水量的大小，它們之間呈線性關(guān)系；事先用其他方法求出該線性方程，再通過土壤的計(jì)數(shù)率求含水量的大小，其線性表達(dá)式為：

Qv=aR+b

式中：Qv—體積含水量；R—中子儀在土壤的計(jì)數(shù)率；ab—待定常數(shù)。

在實(shí)際工作中，為了消除由于中子源的衰變，氣候的影響或儀器的微小變化等引起的誤差，采用計(jì)數(shù)率比(K)來表示[3]：

K=R/Rw

Qv=aK+b

式中：Rw為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)，將探頭連同防護(hù)器放在大于4cm厚石臘上，在觀測孔旁所測得的計(jì)數(shù)率。

2　參數(shù)標(biāo)定與數(shù)據(jù)校驗(yàn)

2.1參數(shù)的標(biāo)定

該次采用烘干法進(jìn)行標(biāo)定。首先中子儀每距離10cm自地表往下觀測，每點(diǎn)連續(xù)計(jì)數(shù)5個，取平均值；在不同的深度，選擇幾個計(jì)數(shù)率變化級差較大的點(diǎn)，作為標(biāo)定點(diǎn)。然后迅速在標(biāo)定點(diǎn)深度周圍開挖剖面，同時(shí)取土樣和環(huán)刀樣。采用烘干法求出各點(diǎn)的平均體積含水量，利用回歸分析方法建立計(jì)數(shù)率比-含水量線性方程[4]。羊莊盆地土層標(biāo)定結(jié)果見表1。

相關(guān)系數(shù)：

b=Qv-ak=-4.56

得方程：Qv=79K-4.56

表1　羊莊盆地土層標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果

2.2數(shù)據(jù)校驗(yàn)

為驗(yàn)證中子儀測水的可靠性，采用烘干法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了校驗(yàn)。由表2可知，2種方法測得的結(jié)果是相近的，最大誤差小于3%，證明采用中子儀觀測是可靠的。

表2　數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果

3　土壤水分變化規(guī)律分析

該次共布設(shè)中子觀測點(diǎn)5個，測量深度為0.1，0.2，0.3，0.4，0.6，0.8，1.2，1.6，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0m?？菟凇⑵剿诿?天觀測1次，豐水期每3天觀測1次，觀測時(shí)間為每天8～10h，對每測點(diǎn)計(jì)數(shù)3個，取其平均值。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，羊莊盆地包氣帶土壤水分的變化規(guī)律為：

3.1土壤水分在垂直方向上具有分帶性

土壤水分在垂向上可分為3個帶：蒸發(fā)帶、水位變動影響帶和相對穩(wěn)定帶(圖1)。

圖1　土壤水分剖面圖

蒸發(fā)帶：含水量變化受降雨、蒸發(fā)影響大，變化強(qiáng)烈，厚度一般1.5m，水分變化隨深度增加而減小。

水位變動影響帶：由于水位下降引起水分重新分布，使水面以上一定高度內(nèi)土壤水分變化較大，受蒸發(fā)影響較小。

相對穩(wěn)定帶：介于以上二者之間。含水量變化一定程度受蒸發(fā)影響，變化量小而穩(wěn)定。

3.2土壤水分在平面上的不均勻性

該次在羊莊盆地腹地布設(shè)3個中子測水孔。結(jié)果表明：土壤水分在平面上的分布是不均勻的，且不均勻性隨深度的增加而減弱，詳見表3。

表3　含水量平面分布特征比較

3.3土壤水分與巖性的關(guān)系

依據(jù)該次監(jiān)測結(jié)果，土壤水與巖性的關(guān)系表現(xiàn)為：粉質(zhì)砂土含水率較高，砂層含水率低(圖2)。

圖2　土壤水分剖面及巖性描述圖

3.4濕潤前峰的運(yùn)移速度

實(shí)測資料表明(圖3)，羊莊盆地雨后濕潤前峰運(yùn)移速度在0.15～0.20m/h，一般降雨強(qiáng)度大，運(yùn)移速度也大，在水位埋深2.5～5.0m時(shí)，一次降雨過后需要12～24h才能補(bǔ)給到地下水面。

4　結(jié)論

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，羊莊盆地土壤水分在垂向上分布不均，隨著深度的增加土壤水分含量總體呈增大趨勢，直至基本穩(wěn)定；受地質(zhì)環(huán)境條件影響，平面上也呈現(xiàn)不均勻性，但隨著深度的增加，不均勻性減弱。

圖3　羊莊盆地雨前-雨后土壤水分剖面圖

[1]卜華，陳占成.飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分研究——以山東羊莊盆地地下水水源地為例[J].地質(zhì)調(diào)查與研究，2008，31(3)：236-241.

[2]彭士明,林家彬.中子土壤水分儀田間測量與烘干法精度分析比較[J].地下水，2001，23(2)：67-68.

[3]王永義.中子測水技術(shù)的應(yīng)用[J].地下水，2007，29(2)：45-46.

[4]溫以華.中子儀的標(biāo)定及其在小流域土壤水分監(jiān)測中的應(yīng)用[J].地下水，2009，31(4)：21-24.

Study on Change Rule of Soil Moisture In Yangzhuang Basin

YE Jinxia

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou 272100, China)

Groudwater resources in Yangzhuang baisn is very abundant. It is one of the main water source which supplied to Zaozhuang and Tengzhou city. By adopting neutron and oven drying method, soil moisture at different positions, in different depth and at different time in Yangzhuang baisn have been monitored, and variable regulation of soil moisture in space and time has been analyzed. It will provide basic datas for calculating relevant geological parameters and evaluating groudwater resources.

Neutron method; drying method; soil water; Yangzhuang basin

2014-11-11；

2014-12-03；編輯：曹麗麗

葉進(jìn)霞(1976—)，男，山東東平人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作，xingxing400732@126.com

S152.7

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