不同地表条件下季节性冻融土壤入渗特性的试验研究

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本世纪，水资源短缺问题仍然十分突出，已经成为制约我国国民经济发展的“瓶颈”。缓解水资源供需矛盾，一靠开源，二靠节流，农业节水是节流中的重中之重。本文以干旱、半干旱气候区农业可持续协调发展、水资源高效利用为出发点，以山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站为试验基地，分析研究了季节性冻融期不同地表条件下冻融土壤的入渗特性及其影响因素。试验田块分7种地表条件：休闲裸地(LD)、地膜覆盖地(MD)、玉米秸秆覆盖地(JD)地膜和秸秆二元覆盖地(JMD)、小麦裸地(XLD)、小麦秸秆覆盖地(XJD)和草地(CD)。采用自制的双套环入渗仪一维垂直积水入渗试验法进行了系列入渗试验252组，同步监测地温和含水率的动态变化特征。本文全面系统地分析了季节性冻融期7种地表条件下土壤的冻结特征、入渗特性的季节变化规律及其影响因素，并利用数理统计方法对冻融土壤入渗能力进行了预报。研究结果表明： 1.季节性冻融期地中温度与日平均气温呈现出一致的变化趋势，二者之间关系可以较好地用二次多项式y=α0+α1x+α2x2来表示；随着土壤深度的增加，地温与日平均气温的相关程度降低。 2.土壤的冻结和融化实质上是土壤水的冻结和融化，从研究冻融土壤入渗特性的角度出发，土壤的冻融过程大致分为三个阶段，即初冻阶段、稳定冻结阶段和解冻消融阶段。土壤温度状况取决于辐射平衡(Qd)，不同地表条件下辐射平衡的差异使得土壤初始冻结时间和融化时间差异较大。LD初冻始于11月11日，MD、JD(XJD)、JMD和CD土壤的初冻时间分别滞后裸地38d、45d、47d和7d。最大冻结深度LD、XLD和CD在60cm左右，MD、JD(XJD)、JMD分别为42cm、35cm和20cm。消融期MD和CD快速解冻，提前LD约10d，JD及XJD解冻滞后裸地约7d。 3.土水势梯度是土壤水分运动的驱动力，水力传导度的大小是控制冻融土壤入渗能力的主要因素。与非冻结土壤相比，冻土具有明显的减渗作用，减渗是由于土壤水分相变导致的土壤水力传导度的减小所致。不同地表条件下冻融土壤入渗能力差异较大，但具有相同的变化规律，即在季节性冻融期土壤入渗能力均经历由高到低、然后再增高的变化过程；入渗能力随冻融历时的变化过程可很好的用三次多项式描述。 4.地温和土壤含水率对冻融土壤的入渗能力非常敏感，土壤含水率是土壤相变的物质基础，地温是土壤发生相变的外界环境因素。地温与未灌水不同地表地块的入渗能力的相关程度较高，相关系数在0.799以上，而与灌水后的秸秆覆盖地块的入渗能力相关系数较低。不论何种地表条件，冻融土壤的入渗能力均随着土壤含水率的增大而减小，其关系可较好地用幂函数方程H90=Aθ-B表示，分析表明秸秆覆盖地块的土壤含水率与入渗能力的相关程度较低。 5.冻融土壤的入渗过程可很好的用考斯加科夫三参数土壤入渗经验模型反映，不同地表条件下冻融土壤入渗能力可用土壤含水率、土壤温度和日平均气温三变量线性模型来预报。本研究以探索水资源高效利用及储水保墒措施为目的，用以解决农业生产实际问题，对干旱和半干旱地区季节性冻融期储水保墒及高效利用土壤水资源、合理确定冬春灌溉合理灌水技术参数具有一定的理论和现实意义。

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作者
陈军锋;
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作者单位

太原理工大学;

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授予单位太原理工大学;
学科水文学及水资源
授予学位硕士
导师姓名郑秀清;
年度 2006
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类水利资源综合利用;土壤水分;
关键词
季节性冻土; 入渗特性; 入渗模型; 地表条件; 土壤水资源; 水资源利用;

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