冻融土壤水热盐运移规律研究及数值模拟

发布时间：2017-12-18 07:10

  本文关键词：冻融土壤水热盐运移规律研究及数值模拟

  更多相关文章： 冻土 盐渍化 冻结曲线 不确定性 水热平衡

【摘要】：土壤季节性冻融作用是影响旱寒区农业发展的一个重要因素,尤其是冻融期土壤水盐向上运移将会导致越冬期农田地表积盐,从而影响春季播种。由于冻融土壤水热盐运移过程的复杂性,其演化机理及模拟一直是旱寒区土壤水热盐运移过程研究的瓶颈,开展这一问题的研究对于全面深入理解旱寒区水循环规律和土壤盐渍化形成机理,科学地进行水盐调控和土壤盐渍化的防治具有重要的现实意义和学术价值。本文以内蒙古河套灌区为背景,通过室内和田间试验,测定了不同盐分条件下的冻融土壤水热运动参数、水盐运移过程和蒸发过程,分析了水热盐运移规律。改进了水热盐运移模型(CoupModel)并引入GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)不确定性分析方法,对冻融土壤水热盐运移模拟不确定性进行了深入分析,取得了如下成果：1)通过室内及野外原位观测试验,测定了含盐冻融土壤水热特性参数,分析了水热参数随水分、盐分及温度的变化规律,建立了含盐冻融土壤水热参数估算模型。试验结果表明,冻融土壤的比热容与热传导率与土壤负温之间分别呈幂函数和线性关系,土壤冻结曲线受土壤初始含水量、盐分种类与含盐量共同影响。2)通过室内和野外土柱及测坑试验,研究冻融土壤水热盐运移过程和规律。研究发现,地下水位的高低影响土壤冻结锋的向下推进速度,不同地下水位及不同土壤初始盐分条件对冻融期内土壤蒸发有显著影响。高地下水位及高盐分含量为土壤蒸发提供了便利。3)建立了冻融土壤水热盐运移模型--CoupModel,并结合不确定性分析方法GLUE对冻融土壤水热盐运移特性进行了模拟分析,深入探讨了模拟结果的不确定性。冻融土壤水热运移模拟存在较大不确定性,而提高试验观测手段及完善模型结构则是减小模拟结果不确定性的有效途径。基于试验结果对含盐土壤冻结特性的认识,考虑盐分对土壤冻结特性的影响,对CoupModel中土壤冻结曲线模型进行了改进。改进后的模型对土壤冻融过程模拟的可靠性明显提高,模型在率定期及验证期对于冻融土壤水热盐运移的模拟均表现出良好的效果。然而,由于冻融土壤中盐分运移的复杂性及模型对冻融土壤中盐分运移过程的简化,模型在盐分模拟时存在较大的不确定性。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7

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本文编号：1303265