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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