何志萍[1]2003年在《冻融土壤水分入渗规律的试验研究》文中研究指明本文基于季节性冻土区田间叁种质地、八种结构历时叁个越冬期的冻土、非冻土入渗跟踪试验，全面、系统地研究了冻融土壤的入渗特性、阻渗机理和影响冻融土壤入渗特性的主要因素，掌握冻融条件下土壤水分入渗特性，为冬灌及农业节水灌溉提供科学依据。 越冬期间，冻融土壤具有明显的阻渗特性，入渗能力具有明显的年变化特性和日变化特性。冻结土壤的入渗能力明显小于相同条件下非冻结土壤的入渗能力，其年变化过程符合二次多项式关系，日变化过程符合3次多项式关系。冻结土壤水分入渗过程与非冻结土壤类似，符合考斯加科夫入渗模型。导水率减小是冻结土壤入渗能力减小的根本原因，而土壤中液态水的相变是导水率减小的根源所在。土壤水分的相变及其膨胀通过减小土壤水分过水断面面积和孔隙孔径，增大阻力和由于增长运动距离而减小水势梯度使冻结土壤的导水率降低。 土壤质地、容重、含水量、地温和灌溉水温是影响冻融土壤水分入渗的主要因素。地下水位对冻融土壤入渗能力的影响通过对土壤含水量的影响实现。土壤温度是导致土壤相变和决定相变水平的决定性因素，因此是影响土壤入渗能力的最主要因素之一。土壤入渗能力随地温的降低呈指数规律减小。当地中5cm深度处的温度降到-4℃左右时，土壤入渗能力达到最小值，地温的进一步下降，对入渗能力的影响甚微。 本研究以指导农田冬季灌溉为主要出发点，对越冬期间的土壤入渗特性进行了较为全面深入的研究，但由于问题的复杂性和方法手段的有限性，许多方面的问题还未得到解决或者还停留在定性研究的水平上，加之本文作者的能力有限，文中定会存在一些缺点和错误，敬请各位学者和专家批评指正。
曹崇文[2]2007年在《利用土壤传输函数确定入渗参数的方法研究》文中研究表明本文以山西省自然科学基金项目“利用土壤参数传输函数确定入渗参数方法研究”(项目编号20051074)为依托，基于室内非冻融土壤入渗试验和大田冻融期、非冻融期土壤入渗试验，系统地研究了影响土壤水分入渗的主要因素及其与入渗能力的数学关系，利用多元线性回归、多元非线性回归和BP模型的方法，建立了土壤入渗能力和入渗模型参数与土壤常规理化性状参数间的土壤传输函数，并通过统计分析的方法，对模型进行了验证，实现了用反映大田土壤理化性状的常规参数确定土壤入渗能力和入渗模型参数。研究结果表明：土壤质地、土壤结构、土壤含水量和有机质含量都是影响非冻融土壤水分入渗的主要因素；在冻融期，土壤温度是导致土壤相变和决定土壤相变水平的决定性因素，因此，土壤质地、土壤结构、土壤含水量、有机质含量、土壤温度是影响土壤水分入渗的主要因素。本文分别采用多元线性回归模型、多元非线性回归模型和BP模型，用常规土壤物理参数对土壤入渗能力和入渗模型参数进行预报，对这叁种模型进行了分析比较，得出非线性回归模型和BP模型较好于线性模型，而BP模型又较好于非线性回归模型。非冻融条件下，以土壤含水量、土壤干容重、粉粒含量、砂粒含量、有机质含量作为模型的输入参数；在冻融条件下，以土壤含水量、土壤干容重、粉粒含量、砂粒含量、有机质含量、土壤温度作为模型的输入参数，可获得较好的预测结果。针对我国日趋紧张的水资源供需矛盾和应以改进地面灌溉技术为主，有条件地发展喷灌和微灌的农业灌溉节水战略。本研究就地面节水灌溉的关键问题—土壤入渗参数问题展开深入研究，创建通过土壤常规理化性状参数间接确定土壤入渗参数的传输函数。研究对推动土壤入渗理论的发展具有重要的理论价值，对于改进地面灌水技术、提高灌溉水利用率具有实际意义。
李天霄[3]2010年在《北方季节性冻土区农田土壤水分运动规律研究》文中研究说明水是人类赖以生存和社会发展不可缺少的物质基础,而我国是一个严重缺水的国家,水资源短缺严重制约了我国工农业的发展。与工业相比,农业用水面临的形势更为严峻。由于我国的国情特点,农业资源利用中水资源短缺与水资源浪费并存的情况比较严重。因此,提高农业水资源利用效率显得越来越重要,农业节水灌溉和高效用水已经成为全社会所关注和重视的重大问题之一。本论文立足于北方寒区,以冬季冻融土壤大田观测试验为依据,结合现代数据处理方法,对冻融条件下的土壤水分相变、入渗和蒸发规律进行了系统的研究,主要研究内容和成果如下：(1)将土壤冻融过程划分为单项冻结和双向融化阶段,采用粒子群优化的偏最小二乘回归模型对土壤冻融过程进行了模拟；分析了得出了试验周期内,地表温度的变化不会立刻对深层土壤温度场产生影响,而是要滞后一段时间,且滞后时间随深度增大而增大；深层土壤温度在整个冻融期基本保持不变。而且冻结初期,表层土壤相变特性在水平方向变异较小,垂直方向随着深度的增大相变逐渐变弱,直至冻层以下不存在相变,而冻结中后期,冻层范围内的土壤水分相变无论在水平方向还是在垂直方向,其变异特性均大于冻结初期。(2)对冻结土壤与非冻结土壤的区别进行了阐述,得出：寒区冻结土壤入渗过程在不同冻深条件下达到相对稳定入渗时间与非冻结土壤存在较大差异；在相同冻深条件下,冻结土壤入渗能力随着冻深的发展有减小的趋势,且冻深对冻结土壤的早期入渗能力影响较大,后期相对减弱；采用多元回归的方法,建立了冻结土壤入渗能力模拟方程,通过精度检验,模型满足要求,可以将其应用在冻结土壤入渗能力的模拟和预报中。(3)对冻结土壤蒸发特性进行了总结和概括,得出冻结条件下的土壤蒸发在各个阶段持续的时间要远远小于非冻结土壤,同时各阶段的的蒸发速率也要小于非冻结土壤：采用定性和定量相结合的手段,对土壤蒸发的影响因子进行了详细的分析与评价,得出：哈尔滨地区冬季土壤蒸发量的变化是众多影响因子综合作用下相协调的结果。其中地温、气温、相对湿度、风向、气压和水汽压是主要影响因子。采用BP人工神经网络技术对冻结土壤蒸发过程进行了模拟,取得较好的效果。综上所述,研究冻融土壤水分相变和蒸发入渗规律,探索科学、合理、可行的土壤水资源高效利用措施,不仅为北方干旱、半干旱寒区解决水资源供需矛盾、促进农业可持续发展提供了科技支撑,而且对于充分发挥冻土储水保墒作用和合理高效利用有限的土壤水资源具有重大意义。
陈军锋[4]2006年在《不同地表条件下季节性冻融土壤入渗特性的试验研究》文中研究指明本世纪，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=α_0+α_1x+α_2x~2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
武雯昱[5]2016年在《基于Kostiakov-Lewis入渗模型参数的BP预报模型研究》文中研究表明鉴于我国水资源严重不足,农业用水量占全国总用水量的60%以上且用水浪费严重的现实,本文研究土壤水分入渗参数BP预报模型,为提高农业灌溉水利用效率和效果提供基础理论和技术支撑,对国家水资源可持续发展具有重要现实意义。本文基于区域性大田非冻结土壤、冻结土壤、盐碱化土壤的入渗试验,以Kostiakov-Lewis入渗模型的土壤水分入渗参数为主要研究对象,分析了大田土壤水分入渗参数的主要影响因素及冻结土壤、盐碱地的特有影响因素,建立了相应的土壤水分入渗模型参数的BP预报模型,实现了通过土壤基本理化指标对土壤水分入渗模型参数的预测。研究结果表明:大田土壤(非冻结、非盐碱地)水分入渗特性的主要影响因素主要有:土壤含水率、结构、有机质含量、质地,其中,土壤结构指标需要考虑备耕地在第一次灌溉过程中发生的结构变形。以这些主要影响因素为土壤水分各入渗参数BP预报模型的输入变量,可以获得满意的预测结果,其平均误差小于6%。其中:入渗系数k的平均误差小于6%,入渗指数a的平均误差小于5%,稳定入渗率f0的平均误差小于5%。与同样本线性回归预报模型、非线性回归预报模型比较、BP预报模型的预测精度好于非线性回归预报模型(其平均误差小为10%)和线性回归预报模型(其平均误差小为12%)。冻结土壤入渗参数的BP预报模型具有较好的可行性。以非冻结土壤非盐碱地的基本理化参数与冻结土壤特有影响因素(5cm处的地温)作为输入变量而建立的BP预报模型对冻结土壤入渗模型参数的预测精度较高,其预测平均误差都小于9%,具有较好的可行性。入渗系数k的BP预报模型预测平均误差为8.319%;入渗指数a的BP预报模型模型预测平均误差为6.773%;稳定入渗率f0的BP预报模型预测平均误差为4.1739%。盐碱地土壤入渗模型参数的BP预报模型具有较好的可行性。所建立的盐碱地各土壤水分入渗参数BP预报模型的预测平均误差都小于7%,其中:入渗系数k的BP预报模型平均误差为6.5583%;入渗指数α的BP预报模型的平均误差为6.2243%;稳定入渗率f0的BP预报模型的平均误差为5.8405%。本文在建立非冻结非盐碱的入渗参数BP预报模型,尤其是在建立冻结土壤、盐碱地土壤入渗参数BP预报模型中,感觉到样本数据不够充分、完善,即所能考虑的影响因素有局限性,在以后的研究中,力争通过扩充样本集,提高网络的泛化能力,从而提高网络的预测精度。
王晓巍[6]2010年在《北方季节性冻土的冻融规律分析及水文特性模拟》文中提出我国作为世界第叁冻土大国,季节性冻土的面积约占全国国土面积的一半以上,而这些地区大多为气候寒冷干燥、水资源贫乏、水环境日益恶化、生态环境脆弱的地区,严重的制约着农业经济的飞速发展。季节性冻土的不透水作用,蓄水调节作用和抑制蒸发作用,使冻融期间的土壤蓄水容量、降水入渗能力、土壤含水量的变化状态、产流与径流等水文特性具有不同于无冻土条件下的动态规律和特点,而寒区的大多数水文工作者对于季节性冻土的水文特点与理论一直处于盲区和误区,在水文水利计算、水文预报、与农业有关的旱涝指标计算及耗水定额的确定等领域,都忽视了冻土的水文效应,采用国内外已有的无冻土地区的理论与模型,致使计算结果和模拟方案与实际误差过大,不能反映实际水文过程。目前北方季节性冻土地区的冻融规律和水文特性机理研究还处于初步探索阶段,对冻土作用下的土壤水循环规律的揭示很不完善。现有成果中的水文特性分析及模型大多建立在高山冰川多年冻土区的研究基础上,不符合北方季节性冻土水文的区域性和季节性规律特点;国内应用的水文模型多为经验模型,缺乏对影响寒区水文特性的关键要素的机理研究,模型的建立缺乏必需的野外大田实测数据的支持,其推广应用受到极大的限制。本文选取季节性冻土现象普遍存在的哈尔滨高寒地区为试验基地,以冬季冻融土壤野外大田试验为基础,深入研究了本地区冻土条件下水分动态运移规律、揭示季节性冻融规律及水文特性,在此基础上建立冻土水文特性模拟模型,主要研究内容和成果如下:⑴季节性冻土的冻融过程强烈依赖于土壤温度,通过对地表和地中土壤温度场日变化和季节变化分析,结果显示:土壤温度具有以日和年为周期的波动特点,其变化随深度增加呈现指数规律衰减的现象,即离土壤表层越近,外界气温对土壤温度的影响越明显;土壤温度的变化相对于气温变化存在滞后现象。土壤的冻融深度与地表负积温存在非常显着的相关关系。土壤季节性冻融特点表现为:单向冻结、双向融化。试验年份的最大冻结深度为160.1cm,最大融深是140cm。⑵冻融层的土壤未冻水含水率经历了含量逐渐减少——最低点——含量逐渐增加的过程,曲线呈现“凹”形状,土壤总含水率经历了突然增多——含量基本保持不变——含量陡然减少的变化过程,曲线呈现“凸”形状,其间的差值即为土壤含冰量;土壤水势经历了冰点时突然大幅度降低——变化比较平缓——融化后期达冰点时突然增大的变化过程,曲线呈现“凹”形状,很好地解释了其与土壤总含水量变化的一致性,冰点是导致土壤水势突变的重要原因,而根据冻结土壤总含水量的突变点或土壤水势值的突变点可以判断出不同时间的冻深发展程度。土壤含有少量盐分使相变温度点(冰点)低于0℃。土壤水势与土壤未冻水含量、土壤温度的变化呈现出很好的一致性。土壤水势与土壤液态水含量表现出二次多项式的关系。⑶土壤水分冻融特性曲线中,80cm深度之上的融化特性曲线数值比冻结特性曲线大,源于此期间出现降雨;100cm、140cm深度的冻融特性曲线表现出很好的一致性或略有滞后,说明由于冻结层具有阻渗特性,外界降雨对土壤深层处仍然冻结的土层影响很小。未冻水含量与负温始终保持动态平衡关系,用二次多项式表达的相关程度强于幂函数表达;试验区土壤为非均质土壤,其冻融特性曲线是不重合的。⑷季节性冻土的水文特性包括:土壤垂线含水量分布改变,在20cm～50cm左右出现极大值;土壤含水率变化规律引入特征值含水率概念,其在垂向的空间分布规律并没有随着土壤深度的增加而增大,表现为40cm深度处的特征值最大;冻土的存在使土壤蓄水容量增加显着;冻结条件下的土壤水分入渗过程与非冻结土壤很类似,但入渗时间明显少于非冻结土壤,于60分钟左右均达到稳定;冻结土壤具有明显的减渗特性,其入渗能力远远小于非冻结土壤;冻土作为不透水层,抑制蒸发的作用非常显着;季节性冻土在冻结期间基本不产流,融化期间产流方式兼有饱和产流、蓄满产流等方式;稳定冻结期间由于土壤冻结河流干涸,径流较小,融化期形成春季径流高峰。径流的变化情况与冻土的厚度基本成反比关系。⑸建立基于偏最小二乘回归的冻融深度预测模型,预测结果显示该回归模型的综合效果是令人满意的,可以在季节性冻土冻融深度的建模预测中应用;采取基于MATLAB的BP神经网络设计,建立1.6m土层蓄水容量模型、冻层上水蓄水容量模型和冻层蓄水容量模型,预测结果显示:模型可靠性和预测精度较高,可用于预测哈尔滨地区未来的土壤蓄水容量,;采用最小二乘法拟合多元回归模型进行土壤蒸发量的模拟预测,结果显示回归效果显着,模型精度较好,能够应用在哈尔滨季节性冻土地区的冻融土壤蒸发模拟和预报中。综上所述,研究季节性冻融土壤的冻融规律和水文特性,并建立水文特性预测模型,为北方季节性冻土区研究冻土水文过程机理、水资源循环过程和提高水文特性模拟预报精度提供了理论依据,为丰富冻土水文学科的基础理论体系和完善北方季节性冻土区水文特性模拟的理论体系提供参考。
常龙艳[7]2014年在《冻层持水性质对寒区冻土保墒的影响研究》文中进行了进一步梳理冻层的存在使得寒区有着与非寒区差别明显的水文循环过程，土壤冻融规律、水热盐运移、冻土入渗等已成为众多学者研究的对象。寒区低温条件下冻结土壤持水性质与非冻结土壤不同，包气带冻层往往具有的弱透水性、蓄水保墒和隔热减渗的作用，从而使得寒区春季冻层土壤的墒情较高。关于冻土对墒情的影响，基于试验的量化研究程度不深，本文基于此选题并展开。本文依托导师国家自然基金课题：“寒区地下冻土层水理性质及其对融雪水入渗的影响机理研究（41202171）”及冻土工程国家重点实验室开放基金课题：“冻结土壤孔隙特征对冻土层渗透系数的影响研究(SKLFSE201310)”，以冻结土壤和非冻结土壤墒情对比监测为基础，选取地表以下100cm的土壤为研究对象，在黑龙江大学呼兰校区设置冻结和非冻结对比监测试验场，同时段、同频率、同埋深（间隔20cm土层）进行土壤结构、水热及环境参数监测。通过对比分析不同埋深不同冻融阶段的水热参数，对冻层持水性质对寒区墒情的影响进行深入研究。关键参数选取颗粒级配、干密度、含水率（墒情）、地温、气温和冻深。采用筛分法、环刀法对颗粒级配和干密度进行测定，烘干法/墒-旱情自动化系统设备测含水率（墒情），针式温度计测气温，丹尼林冻深器测冻深。为保障对比试验的有效性首先控制两个试验区边界条件，在不受到外界水热交换影响的基础上进行各参数监测。试验结果表明：冻结条件下土壤水分重新分布，在水土势的作用下由非冻结区向冻结区迁移，初冻期地表0cm处土壤墒情达到最大，冻结期土壤最大墒情值随冻结锋面迁移分别在20、40、60cm处达到最大，稳定冻结期和融化初期在80cm处达到最大，土壤最大墒情值一般在冻结锋面前沿的10-20cm处，较好的保持的土壤水分；无论是从空间（不同埋深）还是时间（不同冻融阶段）角度分析冻结土壤含水率均大于非冻结土壤，二者含水率的差值随埋深和冻融阶段的推移而加大，在稳定冻结期80cm处达到最大，差值量可达6.4%-7.8%。基于监测数据和对比结果，结合冻土保墒实际发生过程从土壤本身孔隙度大小、入渗补给及地下水浅埋补给叁方面分析了冻土保墒的影响机理。
陈军锋, 郑秀清, 邢述彦, 杨金凤, 侯燕军[8]2006年在《地表覆膜对季节性冻融土壤入渗规律的影响》文中认为该文以指导农田冬春灌溉为目的,利用双套环入渗仪积水入渗试验法,进行了季节性冻融期田间系列土壤入渗试验,分析了地表覆膜对冻融土壤入渗特性的影响。试验结果表明:地表覆膜具有明显的保温保墒作用,在地膜覆盖条件下,土壤冻结滞后,解冻过程提前,土壤含水率变化较小;冻结初、中期覆膜地的土壤入渗能力高于裸地,而冻结末期和消融期则表现出相反的规律;冻融期地膜覆盖使得土壤出现最小入渗能力的时间滞后于裸地近20 d。研究结果对于指导季节性冻融区冬春灌溉合理灌水技术参数的确定及高效利用土壤水资源具有重要的理论和实际意义。
冯锦萍[9]2003年在《用常规土壤物理参数确定入渗参数的方法研究》文中认为土壤水分入渗是自然界水循环中的一个重要环节，土壤水分入渗问题的研究，可为合理确定农田灌溉技术参数提供科学依据。本文基于大田叁种质地、不同耕作条件下土壤水分入渗的多因素影响试验和室内四种质地土壤条件下的单因素影响试验，系统地研究了土壤水分入渗特性的变化过程，阻渗机理和影响土壤水分入渗特性的各种因素，借助数理统计方法分析影响土壤水分入渗特性的主要因素，各影响因素与土壤水分入渗参数间的相关性及其影响的先后次序。建立、验证了土壤水分入渗参数的多元逐步回归模型。 土壤水分入渗能力与土壤水分入渗模型参数在农业生产周期内发生剧烈变化，但也有一定的变化规律。在非冻结期，玉米地、芝麻地和休闲地的土壤水分入渗能力的变化过程符合二次多项式变化规律，小麦地的土壤水分入渗能力符合四次多项式变化规律；在冻结期，无论是哪种耕作条件土壤水分入渗能力符合二次多项式变化规律。 影响大田土壤水分入渗特性的因素有：土壤结构、土壤含水量、土壤质地、表土结皮和板结、农业耕作措施和土壤水的相变等。由于这些因素在时刻发生变化，使得土壤的时空变异性较大，只能用室内土壤水分入渗试验来定量确定土壤水分入渗能力与某些影响因素之间的单因子相关关系，土壤水分入渗能力与土壤结构之间呈负相关关系，土壤水分入渗能力与土壤含水量之间在土壤砂粒含量高，物理性粘粒含量低的无结构土壤中呈负相关关系，在物理性粘粒含量高的团粒结构土壤中呈二次多项式关系。 采用多元逐步回归模型用常规土壤物理参数对土壤水分入渗模型参数进行预报是可行的。在不同的土壤质地和不同的耕作条件下，土壤的各种物理参数对土壤的水分入渗模型参数影响程度不同，因此引入到回归模型中的自变量因子不同，引入的先后次序不同。用土壤相应耕作条件下的回归模型预测变量可获得较好的预测效果。
樊贵盛, 郑秀清, 潘光在[10]1999年在《地下水埋深对冻融土壤水分入渗特性影响的试验研究》文中进行了进一步梳理本文基于冻融期间大田测坑不同地下水埋深条件下，自然冻结土壤水分入渗试验，分析讨论了地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力、相对稳渗率的影响和冻融期间土壤入渗能力的变化特点．结果表明：地下水埋深对冻融土壤入渗能力的影响十分明显；土壤入渗能力随地下水埋深的增大而增大；冻融土壤的相对稳渗率随地下水埋深的减小而减小；冻融期间地下水埋深小的土壤的入渗能力始终小于地下水埋深大的土壤的入渗能力．地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力的影响通过其对地表土壤含水量的影响而实现．研究结果对于指导季节性冻土地区冬、春灌溉合理灌水技术参数的确定具有实际意义．
参考文献：
[1]. 冻融土壤水分入渗规律的试验研究[D]. 何志萍. 太原理工大学. 2003
[2]. 利用土壤传输函数确定入渗参数的方法研究[D]. 曹崇文. 太原理工大学. 2007
[3]. 北方季节性冻土区农田土壤水分运动规律研究[D]. 李天霄. 东北农业大学. 2010
[4]. 不同地表条件下季节性冻融土壤入渗特性的试验研究[D]. 陈军锋. 太原理工大学. 2006
[5]. 基于Kostiakov-Lewis入渗模型参数的BP预报模型研究[D]. 武雯昱. 太原理工大学. 2016
[6]. 北方季节性冻土的冻融规律分析及水文特性模拟[D]. 王晓巍. 东北农业大学. 2010
[7]. 冻层持水性质对寒区冻土保墒的影响研究[D]. 常龙艳. 黑龙江大学. 2014
[8]. 地表覆膜对季节性冻融土壤入渗规律的影响[J]. 陈军锋, 郑秀清, 邢述彦, 杨金凤, 侯燕军. 农业工程学报. 2006
[9]. 用常规土壤物理参数确定入渗参数的方法研究[D]. 冯锦萍. 太原理工大学. 2003
[10]. 地下水埋深对冻融土壤水分入渗特性影响的试验研究[J]. 樊贵盛, 郑秀清, 潘光在. 水利学报. 1999
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