硬壳覆盖条件下土壤冻融期水盐运动规律研究

采用大田试验,研究了水泥硬壳覆盖后冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律,采用室内土柱试验,研究了冻融交替时期土壤中的水盐运动规律,试验表明,土壤水泥硬壳覆盖后土壤的冻结时间减少,冻结深度变浅;明显抑制土壤水分的无效蒸发;明显抑制土壤在融冻时期的土壤返盐,同时由于“冻层滞水”在春季的融化,有淋洗表层土壤盐分的作用,使土壤表层脱盐,土柱脱融试验进一步说明,土壤经冻融过程后,土壤中的水盐发生了重新分布。     

科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态迁移规律

为掌握科尔沁草甸地冻融期土壤水、热、盐迁移规律,以科尔沁左翼后旗阿古拉生态水文试验站2013年10月—2014年5月土壤冻融期实测气象、土壤等数据为基础,用统计分析法对研究区草甸地冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律进行了分析。结果表明:气温对土壤剖面温度的影响随着土壤深度的增加而降低,土壤剖面温度变化滞后于气温变化的时间取决于气温升降幅度,且没有显著的规律;由于气温回升速度大于降温速度,导致土壤消融速度比冻结速度快;土壤冻结过程由表层向下进行,冻结温度与土壤含盐量呈负相关关系,用温度的线性内插法准确确定草甸地于2014年3月9日达到最大冻深104 cm;土壤消融时受地下暖土层热流和地表温度双重影响,由底部向地表和由地表向冻结层进行双向消融;地下水位埋深较浅,受土壤冻融作用影响,升降趋势显著;草甸地土壤冻结期盐分向地表积聚,并于2月达到最大,后经消融及雨水淋润作用开始下降;冻融期盐分变异性大于水分变异性,说明盐分的运移过程更为复杂。     

浅层包气带水汽昼夜运移规律及其数值模拟研究

西北干旱、半干旱地区,浅层包气带水分通量主要由水汽组成,而水汽在运移过程中产生的能量转换和质量迁移是地表质能平衡计算不可缺少的重要源汇项。在野外进行一个沙坑实验,发现土壤水在中午(12:00—15:00)达到最大值(10cm深度,5.9~6.1cm3/cm3;30cm深度,11.9~13.1cm3/cm3),而在凌晨(02:00—05:00)出现最小值(10cm深度,4.4~4.5cm3/cm3;30cm深度,10.4~10.8cm3/cm3)。为进一步验证该实验条件下的土壤水运移及分布规律,考虑了土壤水、汽、热耦合运移的HYDRUS-1D模型被用来对实验过程进行模拟,模拟结果与实测结果吻合较好。为描述土壤水分昼夜运移模式,笔者将土壤水耦合运移的时间信息和空间信息进行同步分析;并根据土壤水运移的不同驱动力,分别对温度梯度、基质势梯度作用下的液态水及汽态水通量进行了分析。     

滴灌条件下土壤水盐运移特性的研究现状

滴灌条件下的水盐运移特性是寻求开发利用盐碱地和次生盐碱化防治的基础,国内外学者对此进行大量研究.在国内外研究成果的基础上,综述了滴灌点源入渗影响因素、入渗模型特性、水分分布特征、湿润体浸润形状、湿润锋运移、盐分运移的规律,为滴灌点源水盐运移的研究提供依据.     

基于计算流体力学的寒区土壤水热耦合模型研究

土壤水文过程(水分运移和传热)及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题.然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂.此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料.近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学...     

基于全耦合的地表径流与土壤水分运动数值模拟

针对降雨径流从坡面流下的过程中会发生下渗,导致土壤水非饱和带含水率增大这一动力学过程,从物理机制上对土壤水和地表水进行耦合,将二维平面地表水模型叠置在土壤水模型的顶部,对土壤水、地表水模型进行相同的空间和时间离散,在模型的计算过程中通过达西流关系对两者之间的水量交换进行计算(双层结点法耦合)或整合离散方程的整体法进行耦合。通过对两种耦合方法的比较以及与前人的实验结果对比,该模型与耦合方法能够准确地模拟和预测地表径流与土壤水分运动过程。研究结果可为分析地表水流与饱和-非饱和带水分与溶质耦合机理提供理论支持。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验:A组无地下水补给,土柱高度60 cm;B组地下水维持在距土柱表层60 cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深(0.5 m,1.0 m,1.5 m,2.0 m,2.5 m)情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

温度场与压力场动态耦合下的沉积盆地热史模拟

盆地热史模拟是盆地模拟的重要组成部分,也是实现盆地整体模拟的基础.温度和压力是烃类形成的两个主要控制因素,在沉积盆地中温度场与压力场之间存在着复杂的相互制约机制.本文就从油气成藏动力学和盆地流体动力学的角度对盆地热流体运移下的温度场与压力场动态耦合关系进行了探讨,并建立了耦合下的温度控制方程.该方程不仅可以运用于沉积盆地热史模拟,推进盆地模拟技术的发展;还可以运用于金属成矿动力模拟,推动金属成矿动力模拟发展和提高成矿预测的精度等其他方面.     

岩体冻融过程中水热耦合非线性分析

针对工程地质和岩土工程中所涉及到的冻害问题,在质能平衡的基础上,充分考虑冻结岩体的热传导、水和岩体存在的热交换以及水热梯度共同作用下水分的迁移与转化,建立了水热耦合的非线性控制方程;对寒区大阪山隧道围岩的温度场和水分场进行数值模拟,并分析其水热耦合迁移规律.模拟结果表明:隧道围岩水分受冻结抽吸力和温度梯度的作用发生迁移,在隧道边墙处渗流速度最大;在考虑水分场时,隧道围岩的冻结圈将变薄,而且随着水分场中渗流系数的增大将更加变薄,水分场在很大程度上影响温度场的分布;为了减少冻害对寒区工程的破坏,应采取良好的保温措施.模拟结果与现有研究成果和工程经验类似.     

Review of the Tropical Gyre in the Indian Ocean with Its Impact on Heat and Salt Transport and Regional Climate Modes

Due to the IO monsoon impact, the tropical IO circulation has significant seasonal variation, especially in the northern IO. However, in mean-state, a relatively closed current loop is established by eastward current along the equator and westward current south of equator, which is regarded as Tropical Gyre in the Indian Ocean. Based on this circulation system, relevant studies were reviewed. Its impact on heat and salt transports and regional climate changes were discussed.     

积雪融雪过程中水、热、溶质耦合运移规律的研究进展

大气污染的加剧,形成大量的酸性雨,在冬季则以酸性雪的形式出现.酸性雪对土壤环境、水环境及生态环境的影响已经引起世界性的关注,而对于积雪、融雪过程中水、热、溶质耦合运移规律的研究是评价和预测这些影响的理论基础.在查阅大量中外相关文献的基础上,对该领域的研究历史、发展现状和尚待解决的问题进行了综述.     

应用水热运移数值模拟优化地下水源热泵系统抽灌井布局

合理布局抽水井和回灌井是地下水源热泵系统长期有效运行的关键因素。以郑州市郑东新区为例,利用HST3D软件建立水热运移数值模型,优化设计地下水源热泵系统抽灌水井布局,预测地下水源热泵系统长期运行后对含水层的水热影响。结果表明:介质比热容及渗透率分别对含水层温度及水位影响显著,是较敏感的参数。方案3(3个回灌井垂直天然流向分布且位于抽水井下游)为最佳布井方式。抽灌量900,1 200,1 500及2 000m3/d所对应的合理布井间距分别为50,65,70及75m。相应布井方案的水源热泵系统运行20a,对含水层温度场的影响仅限于200m×200m的范围,抽水井温度变化小于1℃。     

不同微尺度膜下滴灌棉田土壤水盐空间变异特性

为揭示微尺度膜下滴灌农田土壤水盐的空间变异特性,通过大田试验,采用经典统计和地质统计方法,研究了3种微尺度（0.25 m、1 m和4 m）和不同土层深度棉田土壤水盐的空间变异性,并确定其合理取样数。结果发现,3种微尺度下,土壤含水量的变异强度为中等偏弱,其变异性随尺度增大而增强,随深度增加呈先增强后减弱趋势。土壤含盐量的变异强度为中等偏强,其变异性随尺度增大而增强,随深度增大呈先减弱后增强趋势;3种尺度和不同深度条件下,土壤含水量和含盐量的半方差函数大部分可采用高斯模型模拟,且精度较高;样品的合理取样数为367个。研究结果可为制定膜下滴灌土壤水盐的监测方案和调控措施提供理论指导。     

高原地区农作物水热指标与特点的研究进展

通过对作物农业气象条件鉴定、作物农业气象试验研究、作物生态气候适应性分析和作物农业气候区划以及农业气象灾害调查记载对比评估分析等手段, 整理和总结了髙原地区7种粮食作物、6种经济作物、6种特色作物、7种瓜果作物和4种中药材等共计30种农作物水热指标以及冬小麦和春小麦土壤水分指标. 高原地区作物水热指标具有4个明显特点, 釆用不同积温界限值来确定不同作物属性热量指标, 喜凉、中性、喜温和喜热作物分別釆用≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃和≥15 ℃积温界限值作热量指标. 不同温度带作物适宜的热量指标差异明显, 有随温度带愈冷凉作物热量指标呈偏低的趋势. 不同水分气候区作物水分指标差异较大, 有随湿润度增加作物水分指标呈递减的趋势. 作物水热指标随气候变化而发生缓慢变化, 气候变暖使作物全生长期延长, 对同一熟性品种而言, 需要热量指标比变暖前有提高趋势; 气候变干使作物水分指标有增加趋势. 农作物水热指标是衡量作物适生种植的重要标准, 是引种、作物布局、栽培管理、髙产优质安全生产的重要科学依据, 是气象为农业服务必不可少的基础资料, 也是服务工作的前提.     

新疆焉耆盆地绿洲水盐双梯度下天然植被多样性分异特征

通过对焉耆盆地河畔带、荒漠带、湖畔带土壤水盐及地下水位和天然植被关系的分析,研究了干旱绿洲水盐过程与分异天然植被生长和绿洲生态的影响.结果表明:绿洲天然植被生物多样性取决水盐双梯度影响,盐分不断向湖畔积聚是引起焉耆盆地湖畔生态系统生境恶化的主导因子.绿洲内部河畔带物种多样性与地下水埋深关系表明,在埋深1.5m区域,随着地下水埋深的加大,物种多样性减少;在埋深1.5～3m区域内,随着地下水埋深加大,其物种多样性在增加;而当埋深在3～4m之间时,随着地下水埋深的加大,植物多样性呈明显减少趋势;而在埋深4m区域内,多样性指数波动不大.调查表明,随着埋深的变化,地表的天然植被草本、灌木、乔木也呈现明显的分异,地下水水盐条件制约植被分布、生存和演替,各种植被类型适应不同的地下水位和盐分特征.     

地下水浅埋条件下越冬期土壤水热迁移的数值模拟

应用土壤冻融过程中水热耦合迁移模型,对内蒙古河套灌区地下水浅埋条件下整个土壤冻融过程进行了模拟,分析了越冬期土壤水热迁移规律．结果表明,快速冻结阶段土壤冻结速度随深度线性减小．冻结过程中某一深度处的含水量增量与冻结速度呈双曲线型相关关系．提出了土壤冻融过程中的特征含水量概念,以描述土壤含水量的动态变化特征．     

Numerical Modelling of Dissolving and Driving Exploitation of Potash Salt in the Qarhan Playa ? A Coupled Model of Reactive Solute Transport and Chemical Equilibrium in a Multi-component Underground Brine System

Firstly, the macroscopic chemical equilibrium state of a series of chemical reactions between intercrystal brine and its media salt layer （salt deposit） in Qarhan Salt Lake was studied by using the Pitzer theory. The concept of macroscopic solubility product and its relation with accumulated ore dissolving ratio were presented, which are used in the numerical model of dissolving and driving exploitation of potassium salt in Qarhan Salt Lake. And secondly, with a model forming idea of transport model for reacting solutes in the multi-component fresh groundwater system in porous media being a reference, a two-dimensional transport model coupled with a series of chemical reactions in a multi-component brine porous system （salt deposits） was developed by using the Pitzer theory. Meanwhile, the model was applied to model potassium/magnesium transport in Qarhan Salt Lake in order to study the transfer law of solid and liquid phases in the dissolving and driving process and to design the optimal injection/abstraction strategy for dissolving and capturing maximum Potassium/ Magnesium in the mining of salt deposits in Qarhan Salt Lake.