温度对土壤水分运动及参数的影响研究

论文摘要

在已有的有关土壤水分运动温度效应及土壤水热耦合运移研究的基础上,进一步分析探讨了恒温及存在温度梯度等温度条件对土壤水分运动过程的影响机理以及这种温度效应在土壤水分运动参数上的表达。本研究选取黄土高原典型常见土壤作为研究对象,针对不同实验目的和内容,在室内人为设定和控制不同实验温度条件,实验模拟了不同温度条件下各种土壤水分运动过程,并在室内实验的基础上结合理论探讨,对不同实验条件下供试土壤水分入渗过程以及土壤的水分特征曲线、导水率、扩散率和比水容量等水分运动基本参数的温度效应进行了研究分析。结果表明:(1)在入渗过程中,用幂函数拟合不同恒温条件对湿润锋的影响取得较好的效果,温度对湿润锋的影响主要是通过对幂函数中参数a的影响来实现,而对土壤水分入渗率的影响主要是通过吸湿率S起作用;随着温度的升高,湿润锋运移速率和入渗速率随之增加,且湿润锋运移速率及入渗速率与温度和时间关系可用多元复合幂函数关系拟合;温度对同一土壤湿润锋运移速率和水分入渗速率的影响随着温度的变化而变化,在较低温度区温度对其的影响大于较高温区。(2)土壤温度对土壤水分性质及土壤结构性质影响显著,二者共同作用使得土壤水分运动过程发生改变,且其影响效应可通过土壤水分动力学参数的温度效应进行定量描述;温度变化对土壤水分性质的影响主要造成土壤中水分动能和势能的改变,对土壤结构性的改变主要作用于土壤水分的势能;不同质地土壤受温度变化影响具有明显差异;砂性轻质土壤,土壤水分运动过程中可忽略温度变化对其结构造成的影响,但粘粒含量较多的粘重土壤则应予以考虑。(3)将土壤水分动力学分析方法与热力学方法相结合探讨了温度梯度下土壤水分运动特性,并利用此方法获得了由基质势和温度势引起的土壤一维水平运动方程,克服了单独由动力学方法或热力学方法来分析研究土壤水分运动的不足,取得较好效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 土壤温度对土壤水势及土壤水分特征曲线的影响
• 1.2.2 温度对土壤水分运动的影响及其影响机理的分析
• 1.2.3 土壤水分运动温度效应模型研究
• 1.2.4 土壤温度对土壤其他性质的影响
• 1.3 存在的主要问题
• 第二章 研究目的、内容与方法
• 2.1 研究目的
• 2.2 研究内容
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 供试材料
• 2.3.2 测定方法
• 2.3.3 数据处理方法
• 2.4 技术路线
• 第三章 不同恒温条件对土壤水分入渗的影响研究
• 3.1 理论基础
• 3.2 不同恒温条件对一维垂直土壤水分入渗过程的影响
• 3.2.1 试验材料与方法
• 3.2.2 温度对土壤水分入渗特定深度耗时的影响
• 3.2.3 温度对湿润锋距离的影响
• 3.2.4 温度对土壤水分入渗速率的影响
• 3.3 不同恒温条件对一维水平土壤水分入渗过程的影响
• 3.3.1 实验材料与方法
• 3.3.2 温度对一维水平累积入渗量及入渗速率的影响
• 3.3.3 温度对一维水平入渗湿润锋距离的影响
• 3.4 恒温条件对土壤水分入渗影响机理分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 温度对土壤水分运动参数的影响研究
• 4.1 理论基础
• 4.1.1 土壤水分特征曲线
• 4.1.2 土壤导水率参数
• 4.1.3 土壤水分扩散率
• 4.1.4 比水容量
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试材料
• 4.2.2 研究方法
• 4.3 温度对土壤水分特征曲线的影响分析
• 4.4 温度对土壤饱和导水率的影响分析
• 4.5 土壤非饱和导水率的温度效应分析
• 4.6 土壤水分扩散率的温度效应分析
• 4.7 温度变化对土壤比水容量的影响
• 4.8 本章小结
• 第五章 非恒温条件下土壤水分运动特征研究
• 5.1 理论基础
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 供试材料
• 5.2.2 研究方法
• 5.3 温度梯度对一维水平入渗累积入渗量的影响
• 5.4 温度梯度对一维水平入渗湿润锋距离的影响
• 5.5 非恒温条件下土壤水分运动特性分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介