我国荒漠化地区普遍存在沙丘、草甸组成的内部闭流区,并在系统内部形成区域尺度的水循环过程。但目前对这一具体水文过程中水分运移的机理尚不明确。本文在科尔沁沙地沙丘-草甸地貌区选定典型研究区,以GSPAC (Ground Water-Soil-Plant-Atmosphere Continuum)系统理论为基础,将地下水-土壤-植被-大气作为统一的连续体,利用多年的野外试验数据,研究沙丘、草甸GSPAC系统内植被主要生长期降雨入渗水分运移及凝结水形成的机理,并对沙丘、草甸水分运移进行了SWAP模型模拟。内容及结果摘要如下：1.选择代表降雨,通过分析降雨后不同地貌类型下(沙丘、草甸)土壤垂向剖面含水率与基质势的变化,从势能角度进一步研究降雨向土壤水及地下水的转化机理。结果表明,对沙丘而言,土壤总体处于较干燥状态,即使发生一定的降雨,基质势最大也不超过-500cm。相对于其它层位,沙丘20-40cm深度处,含水率最大,降雨后变幅也最大,基质势也最大。小于10mm降雨量的情况下,雨前及雨后的大部分时间基本在地面以下20-40cm处形成发散型零通量面,零通量面以上,土壤水分向上运动,消耗于蒸发蒸腾；零通量面之下,水分向下运动,形成入渗向下层排泄。降雨量越大,零通量面随时间下移越明显。经历较大降雨后(如>17.0mm),1d后水分入渗为单一入渗型,降雨3d后在地面以下20cm处形成发散型零通量面,且随着时间零通量面不断下移,雨后8d下移到约地下30cm处。由于A3样地地下水位埋藏较深,在120cm以下,随着深度增加,基质势又不断增加,土壤水分向上运动,在120cm处形成收敛型零通量面。草甸地降雨向土壤水运移转化机理较沙丘复杂。降雨前表层0-20cm土壤含水率在接近地表处较小,基质势随深度的减少而降低。地下水在土水势梯度作用下,缓慢向上运动补充土壤水分。降雨开始后,使表层土壤基质势和含水率迅速增加,土壤呈单一下渗型水势分布,水分向下运动,马上补给地下水,但随着土壤和植被的蒸腾作用的进行,土壤表层的含水率与基质势又逐渐减小,水分又向上运动,在20cm处形成发散性零通量面。最终降雨的影响消失,由于蒸腾作用使得表层土壤水分不断减少,等待下次降雨的补给。土壤含水量变化最为显著的是0-20cm的土壤。在较大的降雨(>17.0mm)发生后,土壤含水率的变化的影响达到地面以下100cm左右,此时入渗湿润锋面移至潜水面,发生入渗湿润锋面型补给。2.分析降水与地下水位波动的总体响应趋势,分析不同地貌形态下地下水位对降雨的响应,总结不同地貌形态下降水对地下水的补给规律与响应机理。研究表明,无论是地下水埋深较小的草甸地、还是地下水埋深为11m左右的沙丘,受不同级别的降雨影响地下水位均产生波动。这表明降雨后,气压、土壤水势和含水率等发生变化,进而引起的剖面上下复杂的水分运移使得地下水都能够得到一定的补给。草甸地对降雨的响应较积极,受降雨影响的地下水位波动幅度也较沙丘大,草甸地在雨后1d即体现出地下水位的波动,沙丘的波动在雨后2-4d,因此沙丘的滞后作用较明显。草甸地C3在各次代表降雨后地下水位抬升的幅度与降雨量基本呈线性增加趋势。但沙丘由于地下水埋深大,受降雨影响的地下水位波动幅度与降雨量没有很好的相关性。3.选取与凝结水量密切相关的MLS变化值为研究对象,结合地温分析、分析凝结水的形成与转化动态。研究表明,土壤凝结水的形成与地温、近地气温、相对湿度、风速等气象要素以及地下水埋深、下垫面条件等因素有着密切关系。沙丘、草甸两种地貌形态日落到日出MLS变化值连通的均比不连通的正值出现的频数高,这说明土壤凝结水中的相当一部分来自土壤下部水汽的向上运移并凝结的水量。A3样地比C3样地MLS变化值出现正值的频数高较多,尤其是不连通的情况下高出2.53倍,说明土壤的性质也直接影响着凝结过程的发生。沙丘等地温线呈现较一致的向左凸型,这应该是在3-8月气温与地表温度不断上升的条件下,由于沙地表面存在一定厚度的干沙层,能够蓄积一定热量,而地表温度随昼夜气温的变化而改变,导致地面以下一定深度处的地温最高且高于地表温度的现象；在此处形成热量零通量面,零通量面以上至地表,水汽向上运移,并在有利条件下形成凝结水。对于C3样地,在6、7月,近地表空气相对湿度大,形成凝结水量更多,C3连通的MLS变化值大。这也反映出空气湿度的大小决定着大汽凝结水的多寡。4.根据气象、植被、土壤、地下水埋深为数据,将SWAP模型用于科尔沁沙地沙丘草甸水分运移模拟,经率定和检验,结果较可靠,能够揭示研究区GSPAC系统水分运移的各个过程。结果显示,在模拟时段无论降雨量多少,沙丘土壤蒸发量与蒸发过程没有太大变化(由于表面存在干沙层的缘故),与之响应明显的是深层渗漏,次降雨量越大,产生的深层渗漏量越大,因此沙丘有利于涵养水源。在没有植被的情况下,土壤的水分特征曲线参数以及饱和导水率对深层渗漏的而影响较明显；草甸地与沙丘截然不同,水分消耗主要是植被蒸腾,虽然在植物生长中期降雨渗漏补给地下水与地下水向上补给土壤水交替进行,但在植物整个生长期主要体现为地下水向上补给土壤水,进而被植物蒸腾所消耗,模型最敏感的参数是植被最小冠层阻力、消光系数和叶面积指数、最大根深和根系分布等与植被有关的重要参数。