单向冻结土壤中水分、热量和溶质耦合迁移机理与模拟

发布时间：2025-01-08 22:55

　　冻土在我国和世界的其它地区都有着广泛的分布。但一方面,在沿海和内陆如我国华北和西北等广大季节性冻土区长期以来受到土壤盐碱化的危害,严重制约了当地的农业生产,危害我国的粮食安全；另一方面,随着全球气候变暖引起永冻土活化和寒区人类活动的剧增,冻土区所面临的环境污染问题日益凸显。因此,研究冻土中的水分、热量与溶质的迁移转化规律,对于指导人们对冻土区进行合理的开发和利用、维护与修复冻土区的生态环境等许多方面都具有重要意义。为此,本研究在已有研究成果的基础上,探讨了田间尺度下土壤冻结过程中的水分与溶质的状态变化以及迁移转化机理,并采用田间试验观测和数学模型模拟等手段相结合的方法分析了单向冻结土壤中的水分、热量与溶质的迁移转化规律。研究表明,冻土中的水分总是处于热力学非平衡的状态,但是已冻土内极低的水分迁移速率使其冰-水界面相较冻结锋面处更接近于热力学平衡态；冻结锋面则有如移动的蒸发界面,其较低的水势会促使未冻土中的水分向其补给,甚至引起潜水蒸发；但土壤中的水分迁移在剖面上并不是一个连续的过程,其中的绝大部分补给水分都在冻结锋面附近发生了冻结,而不会进入已冻土内。冻土中的溶质具有多种存在状态,可以分...

【文章页数】：174 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１第一冻胀理论的原理示意图［】〗８］??

验结果及其所提出的开放系统条件下的土壤冻胀原理［３９］，［〗Ｇ８］。该理论认为，冻??土中的冰并不会被包含在土壤孔隙中，而是会以层状冰透镜体的形式独立于土??壤孔隙之外如图１－１所示，透镜体之间的土层则实际上处于未冻结状??态或过冷状态。那么在冻结锋面附近，下层未冻结土壤中的水分....

图１－２第二冻胀理论的原理示意图［１°＾］??但是值得注意的是，冻结缘的存在到目前为止仍然只是一个理论假设

的孔隙水也会处于冻结状态［４２］，［ｉｉ９］，［ｉ２ｅ］。由于最新形成的透镜体往往落后于冻结??锋面一段距离，第二冻胀理论便将该透镜体与冻结锋面之间的土层称为冻结??缘，如图１－２。Ｍｉｌｌｅｒ认为，一旦冻结缘中某处冰压和水压所组成的中和应力达??到土壤荷载，使得土壤骨架的有效应....

图１－３过冷冻胀模型的原理示意图［ｎ８］??那么一旦纵向透镜体某处的中和应力达到土壤荷载，土壤颗粒发生分离，??

成致密的土壤表面［１１５］，［１３７］，大大增加了冻结作用进入土壤孔隙的难度，使得土??壤处于过冷状态［１１６］。与此同时，土壤骨架结构的变化也容易导致裂隙的形成??透镜体便会沿着这些裂隙扩展而侵入下伏土壤中【１３９］＿［１４＂］，如图１－３。???低温端???冰透镜体????ｍ....

图2-1试验场在内蒙古河套灌区中的位置

．．内蒙古河套灌区位于内蒙古自治区西部，如图２－１所示，灌区地处黄河北??岸的冲击、洪积平原，地理坐标为４０°?１９＇?－４１°?１８＇?Ｎ，?１０６°?２０＇?－１０９°??１９＇?Ｅ。灌区涉及巴彦掉尔盟的乌拉特前旗、五原县、临河市、杭锦后旗和磴??口等５个市、县、旗。灌区北抵....

本文编号：4024745