论文部分内容阅读
冻融土壤水热系统作为自然界能量循环的重要组成部分，在资源，环境，能源和农业工程中发挥着极其重要的作用。季节性冻融土壤水热耦合迁移过程十分复杂，为了揭示季节性冻融期不同冬灌水量对土壤水热耦合迁移的影响，本次研究设置了两种耕作处理（免耕及深耕）、六种不同灌水量（0、10、20、30、50和70mm）进行田间试验。基于田间原位试验监测数据，分析了不同冬灌水量对土壤冻融过程及土壤水热耦合迁移过程的影响。
基于实测气象资料及土壤边界条件建立SHAW模型，模拟了免耕及深耕处理几种不同灌水量下的土壤冻融过程及水热耦合迁移过程。模型检验结果显示不同灌水量地块土壤温度模拟值与实测值的RMSE、NSE和NRMSE值的范围分别为0.005-1.965℃、-4.783-0.999和0.009-0.308℃；土壤含水率模拟值与实测值的RMSE、NSE和NRMSE值的范围分别为0.003-0.0128cm3/cm3，2.369-0.998和0.002-0.295cm3/cm3。
研究表明土壤冻结深度（D）与地表负积温绝对值（Ts）之间的关系可以用式D=a+b√Ts表示，土壤最大冻结深度随灌水量的增加而减小，地表负积温的变化大致可以反映土壤冻结深度的变化过程。气温及灌水量对土壤温度及含水率的影响主要体现在0-20cm土层范围内,且随土层深度的增加而减弱。浅层土壤温度随气温呈“V”字型变化，冻结期0-20cm土层土壤温度随灌水量的增加有不同程度的升高，灌水能够减小土壤温度变幅，起到平抑地温的作用；消融期0-20cm土层土壤温度随灌水量的增加而降低，灌水量越大，土壤温度升高越慢，灌水不利于土壤消融。灌水后各土层含水率明显增加，冻融期末免耕处理灌水量为10、30和50mm的地块20cm处土壤含水率分别为0.225cm3/cm3、0.245cm3/cm3和0.264cm3/cm3，深耕处理20cm处土壤含水率分别为0.140cm cm3/cm3、0.169cm3/cm3和0.182cm3/cm3，比免耕地块平均低约9%。冻融过程中20cm处土壤水分通量与灌水量呈正相关，灌水对土壤累积蒸发量的影响较小，不同灌水量地块土壤累积蒸发量最大差值为5.10mm。本研究可以为山西省冻土区土壤的水热资源利用和冬灌参数的确定提供参考。
基于实测气象资料及土壤边界条件建立SHAW模型，模拟了免耕及深耕处理几种不同灌水量下的土壤冻融过程及水热耦合迁移过程。模型检验结果显示不同灌水量地块土壤温度模拟值与实测值的RMSE、NSE和NRMSE值的范围分别为0.005-1.965℃、-4.783-0.999和0.009-0.308℃；土壤含水率模拟值与实测值的RMSE、NSE和NRMSE值的范围分别为0.003-0.0128cm3/cm3，2.369-0.998和0.002-0.295cm3/cm3。
研究表明土壤冻结深度（D）与地表负积温绝对值（Ts）之间的关系可以用式D=a+b√Ts表示，土壤最大冻结深度随灌水量的增加而减小，地表负积温的变化大致可以反映土壤冻结深度的变化过程。气温及灌水量对土壤温度及含水率的影响主要体现在0-20cm土层范围内,且随土层深度的增加而减弱。浅层土壤温度随气温呈“V”字型变化，冻结期0-20cm土层土壤温度随灌水量的增加有不同程度的升高，灌水能够减小土壤温度变幅，起到平抑地温的作用；消融期0-20cm土层土壤温度随灌水量的增加而降低，灌水量越大，土壤温度升高越慢，灌水不利于土壤消融。灌水后各土层含水率明显增加，冻融期末免耕处理灌水量为10、30和50mm的地块20cm处土壤含水率分别为0.225cm3/cm3、0.245cm3/cm3和0.264cm3/cm3，深耕处理20cm处土壤含水率分别为0.140cm cm3/cm3、0.169cm3/cm3和0.182cm3/cm3，比免耕地块平均低约9%。冻融过程中20cm处土壤水分通量与灌水量呈正相关，灌水对土壤累积蒸发量的影响较小，不同灌水量地块土壤累积蒸发量最大差值为5.10mm。本研究可以为山西省冻土区土壤的水热资源利用和冬灌参数的确定提供参考。