季节冻土区与多年冻土区的冻胀浅析

我国的冻土分布比较广,冻土区包括多年冻土区和季节冻土区。凡温度为负温或零温,并含有冰的各种土均称为冻土。冬季冻结、夏季全部融化的土层称为季节冻土,也称季节冻结层又称为季节作用层、活动层,其下部则为常年处于正温状态的暖土层,这种地区叫做季节冻土区。冻结状态持续2年以上的土层称为多年冻土,这样的地区称为多年冻土区。1冻土层内水分变化在多年冻土区,季节冻土层在冻结过程中,其地下水(多年冻土层上水)往往形成封闭系统,即没有外部补给水源,其水分转移是不充分的。冻结时,水分有向冻结面迁移的规律,所以其季节冻土层受双向影响,…     

冻土水文地质学研究进展

冻土水文地质学主要研究冻土区水分要素的时空分布和运动规律及其与冻土间的相互作用。在微观上,冻结温度、未冻水含量以及孔隙水压力等冻土层独有的水热参数决定了冻土的结构和物理力学性质,同时影响了冻土层的冻融过程。而宏观上,冻土层的存在改变了常规的地表径流和水系模式,地下水的循环系统也由于冻土层的季节性冻融发生了根本变化,形成了冻土区独特的水文地质条件。从微观和宏观两种角度系统归纳与总结国内外冻土水文地质学研究进展,并分析包括地球物理技术、水化学、冻土水文模型在内的技术方法,同时对高寒区特有的地下水溢流冰、融雪入渗和冻土保墒现象的研究成果进行总结与分析。冻土水文的发展趋势应在积累研究数据和技术方法的基础上进一步探索产汇流过程机理,并建立更完善的冻土水文物理模型,定量分析冻土与水资源之间的相互作用。     

介电类墒情监测仪器在冻土中数据特点分析

当前墒情自动监测仪器抗冻能力较强,在冻土中可以正常发送墒情数据,文中依据辽宁省冻土深度资料,分析频域反射法传感器工作特点和冻土层结构,对土壤封冻过程和解冻过程中墒情监测仪器数据和人工墒情数据的合理性进行分析,为春耕期旱情分析工作提供了支撑。     

冻结层上水地区实用排水措施

研究冻结层上水地区实用排水措施对解决冻土地区居民因冻结层上水而带来的诸多不便问题具有重要的作用。本文通过以建在永久冻土上最大的城市——雅库茨克市为例进行说明,指出了:(1)永冻区土壤浸没问题给许多居民带来诸多不便;(2)永冻区土壤浸没主要是人们在建设大量砌体结构房屋的同时,还对道路进行改造,铺浇沥青而造成的;(3)矿化冻结层上水的危害主要为其在多年冻土层下的渗漏引发的湿陷现象和其的广泛分布使城区无法进行绿化;(4)永冻区城市排水要求为应从冻土、水文地质和工程地质角度综合考虑,提出合理科学依据,制定实用的保护措施;(5)永冻区城市排水技术方案构建时建议形成统一的相互联系的收集雨水和冻结层上水的三级排水系统。     

河套灌区冻期土壤水分动态规律的研究

河套灌区位于北纬40°10′—41°20′之间,属季节性冻土区,每年11月上旬土壤开始封冻,到翌年5月中旬土壤冻层全部消通,整个冻期历时一百八十天左右。河套土壤冻期、经历冻结和融冻两个不同阶段,土壤的冻结和融冻,有着不同的水盐动态特征,冻期的水盐动态,直接影响灌区农业生产和土地盐碱化的防治,     

季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型

以土壤水动力学、冻土物理学、统计学等理论为基础,研究新疆典型干旱区细土平原与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同深度土层在冻结期、融化期的水热变化特征,探明研究区冻融土壤的水分入渗规律及影响因素,以期建立季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型。结果表明:土壤冻结融化过程中,深层土壤的液态含水率在冻融过程中基本不随环境温度升降发生变化,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本保持一致;冻结期相比融化期在初期短时间内渗入水量较大,达到稳定入渗所需要的时间较短;从冻结期到融化期,随着土壤中冻结水含量减少,未冻水含量增加,土壤的饱和导水率随之变大;土壤入渗能力主要与环境温度、土壤温度、土壤含水率等因素有关,并得出研究区冻融土壤的入渗能力预报模型。     

季节性冻土融冻层蓄水动态分析

季节性冻土融冻期间的土壤蒸发 ,冻土层上水形成及动态有其独特变化规律 ,5～ 6月水体蒸发值最大 ,而土壤蒸发却相反。融冻层蓄水除向上运动补给蒸发需要 ,却不补给潜水 ,而在冻层上形成壤中流横向运动补给河流     

季冻区地层最大冻结深度解析解与数值解的对比研究

季节性冻土会出现冻融循环现象,合理地确定地层最大冻结深度是季节性冻土区防冻设计的一个重要参数。本文基于传热学原理分别建立地层温度场解析计算模型和数值计算模型,针对我国西部季冻区地层冻结问题,利用MATLAB和有限元软件对模型进行求解得出温度场分布,并确定最大冻结深度。结果表明：季冻区地层不同深度土体温度和地表温度分布一样,均呈正弦函数分布,且距离地表越近,温度变化越大;解析解所求最大冻结深度大于数值解所求最大冻结深度。研究成果可为季冻区防冻设计提供参考和借鉴。     

不同积雪覆盖条件下土壤冻结状况及水分迁移规律研究

积雪覆盖直接影响土壤温度、冻结融化深度、冻结速度和水分向上的迁移过程等。通过室外试验,对沈阳地区2003~2005年不同积雪厚度对潮棕壤土的冻结特征和冻融过程中的水热状况进行了研究。结果表明,当近地面气温在-5℃左右时,雪层厚度>25 cm时,气象条件的变化对雪层热状况的影响极其微弱,积雪覆盖越厚,土壤温度受外界影响越小。在冻结过程中,积雪的存在,保持了地温,减缓了土壤冻结速度,影响了水分迁移过程。裸地的未冻水迁移速度与迁移量较有积雪覆盖的小。在融化过程中积聚在冻土层中的冰体从表层开始融化,由于受到下部未融化的阻隔,在太阳辐射作用下,融水向表层迁移并快速蒸发,而中、下层土壤受底部地热作用,双向解冻,融化后向深层渗漏。     

冻融条件下苏打盐渍土的水盐变化规律研究

冻融作用是导致我国北方半干旱地区土地盐渍化的主要原因之一。以吉林西部大安市为研究区域,通过野外调查和样品采集,开展了盐渍土的室内试验,研究了冻融过程中土壤水盐的运移规律。研究结果表明：该地区土壤中的水盐在冻融过程中经历了两次迁移过程,不同阶段具有各自的特点。冻结过程中,未冻层的水不断向冻层迁移并随之冻结,盐分亦随水分迁移;融化过程中,未融化的冰层阻碍水盐下渗,上层滞水向表层运移并蒸发,使表层盐分急剧增加。在水盐运移过程中,电导率与总盐的变化具有良好的相关关系。室内模拟试验为进一步阐明该区盐渍土的形成机理与影响因素提供了科学依据。     

高寒地区冻土活动层温度场数值模拟

等效显热熔法是研究高寒地区冻土活动层温度场水文过程和生态变化的重要方法.通过引入描述冻土活动层饱和程度的参数,改进了等效显热熔法,使其适用于非饱和带.在假设土壤含水量不变,忽略水分对流和热源(汇)的前提下,使用COMSOL Multiphysics模型模拟了黄河源区玛多县冻土活动层的温度状况.结果表明:改进的等效显热熔法是合理、可信的,可以用于高寒地区冻土活动层变化规律与机制的研究.     

网络监测平台下紫花苜蓿土壤水盐变化研究

针对内蒙古自治区牧草的种植方式和牧草对水分的需求差异,在喷灌条件下对土壤水分动态、盐分变化和灌溉制度进行了试验研究。以紫花苜蓿为主要研究对象,利用频域反射土壤水分传感器实时监测草原不同深度根层土壤水分动态和盐分变化。以紫花苜蓿根层土壤的含水量变化为主要指标,分析其平均含水率,结合根层土壤的水分饱灌点和补灌点,确定最佳灌溉时间和灌溉量。通过试验,建立了基于网络平台的紫花苜蓿土壤墒情监测系统,对紫花苜蓿进行实时监控和管理,预测灌溉时间。研究结果表明:提出的基于网络平台土壤墒情监测的灌溉方法,可以实时监测紫花苜蓿土壤的水分状况,为紫花苜蓿灌溉提供技术支持,对提高紫花苜蓿的水分利用效率有着重要的理论意义和应用价值。     

季节冻土区粉质黏土冻缩现象下的冻胀特性分析

冻土是一种对温度极其敏感且性质不稳定的特殊类型土。在季节性冻土地区,气温的波动变化将对土体冻胀性造成很大程度的影响。本文选取季节性冻土地区极具冻胀敏感性的粉质黏土进行冻胀特性试验,研究冻缩现象的产生及出现冻缩现象时的土体冻胀特性。经试验研究发现,当土体含水率较低时,水结晶成冰的体积不足以完全填补土体内的孔隙,因此造成土体体积缩小的现象。同时,冻缩现象的出现使土体温度场发生突变、土内水分出现结晶,在土体内部水分迁移的情况下含水率也相应发生变化,土体冻胀量出现负值、冻胀表现也相对较弱。     

俄罗斯永冻区冻结层上水动态特征

俄罗斯永冻区冻结层上水动态特征的研究对了解寒区冻结层上水具有重大的意义。文章通过对俄罗斯永冻区冻结层上水动态特征的研究,指出:(1)俄罗斯典型地区的冻结层上水动态特征为:其动态与气温变化密切相关,且含水层具有冻结层上水和冻结层间水的特点;(2)融层地下水包括包气带不透水融区地下水、热融区地下水、上层滞水;(3)融层地下水动态特征为:融区水具有冻结层间水的特点,在一年内相当长时期内具有渗透压力状态,包气带中垂向水分交换过程在季节性融化层的水文情势中拥有不同的作用;(4)寒区地下水和地下冰之间的转换过程影响着冻结层上水水体的形成及其水文状况。     

多年冻土区高温冻土融化固结变形理论研究

为研究多年冻土区高温冻土的变形机制,分析了高温冻土与融土在物理力学性质方面的相似性,基于高温冻土具有未冻水量高、相变剧烈、压缩性大及渗透性相对较高的特点,尝试将其变形机理考虑为固结。在文中提出了一种移动区间法用以计算冻土融化固结,基于孔隙冰、水压力相互转化的融化固结模型,采用移动区间法模拟了融化区及高温冻土区的孔隙水压力变化。数值模拟结果表明:孔隙水压力分布曲线的拐点对应于相变温度,融土区由于渗透系数较大、排水条件好而使得孔隙水压力消散较快,相应的孔隙水压力较小;高温冻土区由于渗透系数相对较小,不能及时排水,因此孔隙水压力较高。     

冻融过程中未冻水含量滞后现象的非线性分析

冻土中未冻水的滞后现象得到了许多学者的关注.通过对克拉贝龙方程做类似于范德瓦尔方程的修正,得出未冻水含量与其控制参数的三次代数方程.根据代数知识,证明了在温度和压力的平面上存在临界点,当温度和压力变化越过该临界点时,冻土中未冻水的冻融过程出现滞后现象.资料证明,冻土中的未冻水滞后的现象在负温接近0℃时尤为显著,因此在此温度下不能忽略未冻水的滞后现象.     

农村自来水管道冬季施工 “回灌速沉法”防冻效果好

黑龙江省北安市地处高寒地区,农村自来水工程施工多在秋收后上大冻之前的农闲季节进行。土方开挖都实行群众自己分段包干的方法。由于沟道开挖进度不一致,到下管时,早完工的管道沟冻层已经很深了。管子下到冻土层上,再回填上冻土,通水后管路便很快被冻土低温所冻结。这样造成的冻管,由于埋深都在二三米以下,有的一二个夏天都化不开,严重影响群众吃水。为了解决这种冻管难题,北安市水利技术人员根据用冷水缓冻物的道理,摸索出一个“回灌速沉埋管防冻”的方法,收到很好的效果。其具体方法是:安装完管路后,将回填土填满地槽的三分之     

冻土区地下水流过程及其与地表水转化关系研究进展

针对地下水流过程及其与地表水转化关系研究中,冻土分布特征及融冻过程对地下水系统的影响机制相关研究较少的问题,通过分析国内外冻土区地下水对河道径流的贡献、地下水流动路径和地下水-热耦合模型的相关文献,对地下水流过程及其与地表水转化研究进行综述,认为:①受土壤中冻土空间异质性的影响,不同冻土区地下水对径流的贡献比例不一致;②利用水化学和同位素示踪剂研究地下水流动路径,有助于冻土区地下水流动系统概念模型的构建,但只能获得定性或半定量的结果;③地下多相流系统的水-热耦合模型可将冻土的变化与其相应的水文响应过程耦合在一起,实现了地下水流过程及其与地表水转化关系的定量刻画,但在实用性方面仍需进一步完善,是未来的主要研究方向。     

内蒙古河套灌区冻融土水盐运动规律的测试与分析

土壤冻结和消融过程中的水、热、溶质的互相作用和迁移,是国内外学术界十分关注的问题。通过在内蒙古河套灌区的现场试验和补充必要的室内试验,提出了土壤冻结深度和负积温(气温)的定量关系及经验表达式,并将土壤冻融期划分为初冻期、正冻期和消融期三个阶段,分析了不同时期的土壤水分及盐分的变化规律、水分形态及离子迁移变化。     

怒江源区小唐古拉山冻融过程水源解析

高寒地区径流的补给水源有冰雪融水、降水、地下水、土壤冻融水等类型,为了识别不同时期水源类型对水循环过程的影响,根据小唐古拉山一年野外气象观测资料与采集水样检测的同位素结果,运用统计学方法,分析研究了土壤温、湿度的变化特征以及相互之间的关系,并揭示高寒流域不同冻融过程中的水分来源。结果表明: ( 1) 土壤温度呈近似正弦曲线的周期性变化特征,与气温和相对湿度均呈极显著正相关,土壤湿度与土壤温度和气温均呈显著的正相关关系; ( 2) 依据活动层的土壤温度和土壤湿度的变化,将该区域的冻融过程划分为完全冻结期、融化过程期、完全融化期和冻结过程期; ( 3) 完全冻结期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) ; 融化过程期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) 和冰雪融水; 完全融化期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) 、大气降水、冰雪融水和土壤冻融水; 冻结过程期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) 。本研究成果可为高寒流域径流演变机理识别及适应气候变化提供支撑。