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绪论 1

一、冻融土壤系统水分运动规律的研究意义 1

二、冻土中水分运动的研究进展 3

三、冻融条件下土壤水分运动规律的主要研究内容 10

第一章 冻融土壤的基本特性 12

第一节 冻融土壤的一般特性 12

一、冻融土壤的基本组成 12

二、土壤的颗粒表面特征 13

三、冻融土壤的物理性质 17

第二节 冻融土壤的热特性 19

一、土壤的吸热性 19

二、土壤的散热性 20

三、土壤容积热容量和比热 20

四、土壤的导热性、导热系数及热扩散系数 22

五、相变热 26

第三节 冻土中的未冻水及其影响因素 27

一、土壤的粒度成分和矿物成分的影响 27

二、含盐量的影响 28

四、荷载的影响 29

三、初始含水率和干容重的影响 29

五、温度的影响 30

第四节 冻土的水力特性 31

一、导水系数(水力传导度) 31

二、比水容量(微分水容量) 32

第五节 冻融土壤中水分的能态 33

一、土壤水的形态分类 33

三、扩散系数 33

二、土壤水的能态理论 35

三、土壤水的能量状态——土水势 35

第二章 田间试验 40

第一节 试验条件 40

一、气候条件 40

二、试验区土壤条件 44

三、试验仪器、设备与设施 48

二、冻融土壤入渗试验 51

一、土壤冻结、融化试验 51

第二节 试验方案和试验方法 51

三、冬灌灌水试验 53

第三章 土壤的季节性冻结和融化 55

第一节 土壤的冻融机理 55

一、土壤水冻结的时间过程 55

二、土壤的冻结温度 56

三、土壤水冻结的空间顺序 57

四、土壤中水成冰类型 60

一、地面温度 61

第二节 冻融过程中田间土壤的温度场 61

二、地中温度 62

三、耕作及覆膜对越冬期土壤温度的影响 68

第三节 土壤的季节性冻融过程及特点 71

一、冻融过程及影响因素 71

二、冻融特点 73

第四节 小结 74

一、入渗的一般过程 75

第一节 冻融土壤入渗基本特征 75

第四章 冻融土壤中的水分入渗 75

二、冻融土壤入渗的季节性变化特征 77

三、入渗的日变化特征 79

第二节 冻土入渗减渗机理探讨 85

一、冻融土壤的减渗特性 85

二、冬春季节田间土壤的冻融特点及其减渗作用 85

三、冻融土壤减渗机理分析 86

第三节 土壤质地对冻融土壤入渗特性的影响 88

第四节 土壤结构对冻融土壤入渗特性的影响 92

第五节 土壤含水率对冻土入渗特性的影响 96

一、试验条件 96

二、试验结果与分析 96

第六节 冻(融)层厚度对冻土入渗特性的影响 100

第七节 地下水埋深对冻融土壤入渗特性的影响 105

一、地下水埋深对冻融土壤入渗能力的影响 105

二、地下水埋深对冻融土壤相对稳定入渗率的影响 107

三、不同地下水埋深条件下冻融期间土壤入渗能力的变化过程 108

四、地下水埋深通过对土壤含水率的影响实现其对土壤入渗能力的影响 109

第八节 灌溉水温对冻土入渗规律的影响 110

一、试验条件 110

二、试验结果及分析 111

第九节 小结 114

第五章 冻融土壤入渗能力和入渗模型参数的预报 115

第一节 冻融土壤入渗能力的预报模型研究 115

一、模型结构 115

二、模型变量选择 116

三、模型参数估计 117

四、回归模型的显著性检验 118

五、回归系数的显著性检验 120

六、预测 120

七、预报模型的选择及其在土壤入渗能力预报方面的应用 121

第二节 冻融土壤入渗模型参数的预报模型 122

一、概述 122

二、模型及参数估计 122

一、预报方法 123

第三节 冻融土壤入渗过程的预报方法及实例 123

三、预测模型在其他试区土壤入渗模型参数预测中的应用 123

二、预报实例 124

第四节 小结 125

第六章 冻融土壤中的水分迁移 126

第一节 冻融过程中的水分迁移 126

一、冻融过程中的土壤含水率变化 126

二、土壤冻结过程中水分迁移机理 128

三、土壤冻融过程中所发生的主要物理过程 129

四、冻融土壤水热盐耦合迁移问题的研究方法 130

第二节 冻融条件下土壤水热溶质运动基本方程 131

一、水分运动基本方程 131

二、热流迁移基本方程 135

三、溶质运移基本方程 138

第三节 一维雪-冻融土壤系统水热盐耦合迁移数学模型的建立 143

一、概述 143

二、雪-冻融土壤系统的大气边界条件 143

三、系统的能量平衡方程 148

五、冻融土壤中的溶质平衡 155

四、系统的水量平衡方程 155

六、降雨和入渗的计算 157

第四节 数值计算方法 159

一、冻融土壤水热盐迁移方程的有限差分计算格式 159

二、Newton-Raphson 迭代法 160

三、Newton-Raphson 迭代解的偏导数 161

四、计算程序小结 165

第五节 一维冻融土壤水热盐耦合迁移数值模拟模型的验证 167

一、田间试验概况 167

二、数值模拟模型的建立 172

三、模型的检验与校正 174

第六节 土壤水分迁移规律的模拟研究 182

一、季节性冻融过程中土壤含水率动态变化规律 182

二、冻融过程中土壤水分迁移规律 187

三、冬灌对冻融期土壤水分状况的影响 192

第七节 小结 197

一、冬灌地面灌溉水流运动模拟模型选择及其定解问题 200

第一节 冬灌地面灌溉水流运动的数值模拟 200

第七章 越冬期地面灌溉水流运动数值模拟与灌溉技术 200

二、灌水条件的近似、假定及有关参数的处理 202

三、定解问题的数值求解 203

四、灌水技术参数优化 206

五、模型验证 208

第二节 冬灌水流特性及灌溉效果 210

一、冬灌水流特性 210

二、冬灌灌水效果 210

一、短畦灌溉技术措施 213

第三节 提高冬灌灌水效果的技术措施 213

二、小流量灌溉 214

三、长畦灌溉 215

四、秋耕灌溉 216

五、最冷月免灌 217

第四节 小结 218

参考文献 219

附录 冻融土壤系统水热耦合迁移数值计算程序 224