土壤水是联系地表水和地下水的纽带,是土壤三相组成中最活跃的因素。季节性冻融期(11月至翌年3月),地下水浅埋区土壤的冻结与融化过程使得土壤水分迁移及其与潜水强烈转化的过程更加复杂。论文以山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站蒸渗计系统的土壤剖面温度和水分以及蒸发与入渗的监测资料为基础,结合部分室内土壤单向冻结试验,以数据统计分析和数值模拟相结合的方法,对不同地下水位埋深下土壤冻融规律、土壤温度和含水率变化特征、潜水与土壤水的相互转化关系、地表土壤蒸发规律及土壤贮水量变化进行了研究。研究成果对于地下水浅埋区土壤盐渍化的防治和地下水资源评价均有重要的意义。主要成果有:1.不同地下水位埋深下土壤剖面温度变化特征。0～30cm 土壤温度受外界因素影响变化较剧烈,随着土壤深度的增加,土壤剖面温度梯度和波动幅度变小。随着地下水位埋深的增大,0～30cm的土壤温度变幅明显增大。冻融期同一深度的壤砂土温度变幅较砂壤土大。不同冻结气温降幅下,砂壤土地表温度均低于粉质粘壤土,随着气温降幅的增大,砂壤土与粉质粘壤土之间的地表温差增大,分别为0.88℃、2.06℃和2.81℃。2.不同地下水位埋深下土壤冻融特征。0. 5m埋深下整个土壤剖面几乎冻结;1.0m埋深下土壤冻结深度最大,消融解冻过程缓慢,完全解冻时间滞后自然解冻时间约12d; 1.5m和2.0m埋深下土壤最大冻结深度对外界气温较敏感。不同地下水位埋深下土壤冻结深度(Hf)与地表负积温的平方根(Tn0.5)呈线性关系。3.冻融期土壤剖面水分的分布特征。地下水位埋深为0. 5m时,砂壤土和壤砂土剖面水分分别在25～35cm和20～30cm聚集,含水率高达52%和45%;当地下水位埋深为2.0m时,砂壤土和壤砂土剖面水分在50～70cm聚集,聚墒区土壤含水率显著减小,砂壤土和壤砂土含水率分别为24%和11%。地下水位埋深为0. 5m时,土壤剖面水分变化活跃层为0～20cm;地下水位埋深大于1. 0m时,土壤剖面水分变化活跃层均为0～60cm。4.不同冻结气温降幅对土壤水分迁移的影响。在相同的冻结气温条件下,砂壤土的冻结速率较粉质粘壤土快,水分在砂壤土中聚集的深度较粉质粘壤土浅,砂壤土和粉质粘壤土水分分别聚集在15～25cm和25～35cm。在小幅降温冻结条件下,表层土壤水分原位冻结较慢,砂壤土0～10cm 土壤含水率较其它冻结方案高1. 5～7. 3%,粉质粘壤土 0～10cm 土壤含水率较其它冻结方案高2. 3～2. 7%。5.年潜水蒸发规律。年潜水蒸发系数(λ)与地下水位埋深(Hg)较好地符合指数型关系,即λ=α× eβ×H(?) ,式中α表征为地表土壤的蒸发系数,β表示当地下水位埋深增加时潜水蒸发系数的衰减强度,α和β均与土壤的平均粒径(du)呈线性变化趋势。冻融期潜水蒸发系数的变化较为复杂,砂壤土的潜水蒸发系数总体上随地下水位埋深的增加而减小,壤砂土和砂土的潜水蒸发系数在1. 0m埋深时最大。6.冻融期潜水入流量变化规律。冻结期累积潜水入流量与冻结历时具有较好的相关性,二者符合幂指数关系。当地下水位埋深小于2. 5m时,冻融期砂壤土潜水入流总量随着地下水位埋深的增加呈线性减少。在同样的冻结气温条件下,砂壤土潜水入流量较粉质粘壤土大。冻结温度降幅越大,砂壤土和粉质粘壤土潜水入流量相差越大,在3种冻结方案条件下,冻结结束时砂壤土潜水入流量分别较粉质粘壤土高1150ml、1550ml和1900ml。7.冻融期潜水与土壤水转化规律。地下水位埋深越小,冻融期潜水耗损严重,土壤水分运动表现为蒸发型,地下水位埋深大于3.0m时,土壤水分运动表现为入渗型。冻融期潜水补耗差(Qbh)与地下水位埋深(Hg)之间关系密切,Qbh=alnHg+b,其中a和b均与土壤平均粒径du元呈线性变化趋势。冻融期砂壤土、壤砂土和砂土三种土壤质地的零补耗差地下水位埋深分别为 2. 79m、2. 40m 和 2. 12m。8.地表土壤蒸发规律。不稳定冻结阶段和消融解冻阶段,地表土壤蒸发量约占整个冻融期的81. 8～91. 7%。整个冻融期地表土壤蒸发量随地下水位埋深的增加而减小,但在稳定冻结期地表土壤蒸发量却随着地下水位埋深的增加而增大。稳定冻结阶段,地下水位埋深为0.5m时,坚硬密实的冻层几乎位于地表,地表土壤蒸发量为零;地下水位埋深为2.0m时,表层土壤冻结密实度降低,砂壤土和壤砂土地表土壤蒸发量分别占整个冻融期的8. 3%和 18. 2%。9. 土壤剖面贮水量变化特征。冻融期不同地下水位埋深下土壤剖面贮水量总体上呈增加态势,地下水位埋深为1.0m时土壤剖面贮水量增加显著,砂壤土和壤砂土分别增加17. 71mm和25. 96mm。