毛乌素湖盆滩地土壤水力学与热力学参数的温度效应研究

发布时间：2020-02-01 07:03

【摘要】：土壤是一个由固相、液相和气相三相组成的复杂系统。该系统内存在液体与气体的不断运移和转化,从而对土壤水分运移、土壤热量传输及溶质运移等有着重要的作用。土壤水力学与热力学参数是土壤水热耦合模型校验与预测的基本参数,也是利用数值法分析土壤水热状况的基础和前提。毛乌素湖盆滩地地处半干旱地区,昼夜温差大,区内地下水位下降,生态环境极其脆弱。因此,开展不同温度影响下的土壤水力学参数与热力学参数实验研究,对于植被-土壤-地下水系统及区域水资源合理开发利用与生态环境保护有着重要的理论及实践意义。本文以土壤水动力学、多孔介质流体力学、热力学、统计学等理论为指导,以毛乌素湖盆滩地土壤为研究对象,利用室内土柱试验方法及Ku—pF非饱和带土壤参数测定仪、Hot Disk热参数仪器、控温设置等辅助仪器,开展了土壤水力学参数与热参数的温度效应研究。主要内容包括:(1)利用室内试验测试了6.5℃、11℃、22℃、26℃、27.5℃及34℃六种温度下的湖盆滩地土壤饱和渗透系数。土壤饱和渗透系数与温度呈现出良好的线性正相关,相关系数0.991,这与水的物理性质如动力粘滞系数、重度与温度变化有关。(2)毛乌素湖盆滩地土壤吸力随着土壤温度的增高呈现出减小趋势,土壤中饱和含水率与残余含水率随着温度的升高均呈下降趋势,土壤水分特征曲线下移。当土壤含水率较低时,温度对土壤水分特征曲线影响明显。非饱和渗透系数K(s)和扩散率D(s)随着含水率增大、温度的升高均呈现出增速逐渐增大的趋势。(3)利用Hot Disk热常数分析仪及控温设施测定了7℃、12℃、18℃、31℃及36℃五种温度在不同含水率下的土壤热参数。并用赵贵章模型重新拟合相关参数,拟合度超过0.95。土壤导热率与温度、含水率二者都呈现出较为明显的正相关性;土壤热容与温度相关性并不太明显,呈现出较小的下降趋势,而与土壤含水率呈现较好的正相关性;土壤热扩散率随着温度的升高而增大,与含水率的关系表现为先正相关后负相关的趋势,其中在体积含水率0.18处达到最大值。(4)运用Tarnawski经验模型对不同温度、含水率下导热率试验数据拟合,拟合度达0.953。并通过原状土热参数实测数据校验,表明该修正模型可以用于毛乌素湖盆滩地土壤不同温度、含水率二者共同影响下的土壤导热率预测。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152

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本文编号：2575322