土壤-空气换热器地埋管周围 土壤动态的热湿迁移规律

以调节日光温室内环境的土壤-空气换热系统为背景,开展白天降温、夜晚升温两种不同工况下的试验,从而探究地埋管周围轴向和径向上的温度、湿度迁移规律.研究结果表明:昼夜温差大的情况下,土壤的热饱和程度会随之产生周期性变化,土壤中蓄放热状态的差异性也会引起温度、湿度分布的动态变化;土壤-空气换热器作用下的土壤热湿耦合的作用明显,温度梯度对湿分迁移有一定的推动作用,产生的湿度梯度同时也会影响温度分布;土壤-空气换热器对土壤的影响主要表现为径向上的变化,即在竖直方向上产生明显的湿度分层及温度变化,且距离换热管越近,变化幅度越大,变化趋势也越显著.     

土壤中水、热、盐耦合运移的数值模拟

分析了盐分在土壤中的动态迁移特征及其影响因素,综合运用多孔介质热、质传递理论,考虑温度效应对土壤湿分迁移的影响以及不动水体与盐分吸附或解吸作用,建立了全面描述土壤中水、热、盐耦合运移的数学模型并进行相应的数值研究,获得土壤中水、热、盐的动态迁移特性,探讨了土壤质地对盐分运移的影响,以期为土壤次生盐渍的防治提供有效的理论指导.模拟结果表明:盐分运移受土壤质地与结构的影响较大,并与土壤水分运移密切相关.     

土壤水分运移温度效应的数值研究

分析了土壤水分运移温度效应的机理,基于“表面张力-粘滞流理论”对“六场-相变-扩散模型”中的土水势、非饱和水力传导系数和水分扩散系数三个参数进行了改进,即考虑了它们的温度效应,继而通过对0.2 m×0.2 m的二维砂土剖面的热湿耦合运移进行了为期60 d的数值计算,通过比较原模型和改进模型的计算结果,考察了土壤水分运移温度效应的大小.计算结果表明:第10 d,20 d,30 d,40 d,50 d和60 d时,温度效应对土壤水分含量的相对影响分别为4.98%,5.57%,6.23%,6.96%,7.78%和8.7%.同时发现,土壤水分运移的温度效应在土壤表层表现得最为明显.     

冻融作用对土壤水分迁移和地下水位波动影响的实验研究

相比于非冻土分布区,季节性冻土区冬春季节的冻融作用显著影响着土壤水分运动和地下水位动态,进而改变地下水土环境中的水力条件和污染物分布特征。针对冻融作用下地下水位的波动过程尚缺乏定量化的具体研究,本文首次建立包气带、含水层水分迁移过程的冻融循环模拟实验装置,定量模拟分析了不同介质粒径和不同温度条件下冻融过程造成的水位波动差异,揭示冻融作用下土壤水分迁移和地下水位的波动规律。结果表明:冻融过程地下水位变化阶段与土壤冻融阶段相对应,且存在滞后现象;土壤的介质条件和温度条件均对冻融过程中地下水的波动具有重要影响,粒径越细,温度梯度越大,水分迁移量越大,水位波动越显著。      

纳帕海高原湿地土壤有机质对水分梯度变化的响应

 在气候变化和人类活动的影响下,纳帕海高原湿地干旱化加剧,湿地面积萎缩,湿地的生态功能退化严重.纳帕海湿地土壤有机质对水分环境梯度变化的响应研究结果表明,湿地土壤有机质在不同的水分环境梯度下的分布具有差异性;湿地土壤水分含量增加有助于土壤有机质的积累,同时,土壤有机质的增加改善了土壤结构,增加了土壤的持水性能,土壤有机质和水分的有机耦合对湿地土壤发挥碳“汇”和蓄持水功能有着重要的作用,因此,保护湿地环境对发挥湿地碳"汇"和水源的涵养功能具有重要的作用.     

超声场作用下污泥对流干燥过程的数值模拟

为了有效预测超声场作用下污泥对流干燥过程中内部湿分迁移规律,基于非平衡态热力学理论,建立了超声场与热风联合作用下污泥对流干燥热质传递过程的数学模型.模型中考虑了超声作用对污泥孔隙率、渗透率及湿扩散速率的影响,以及污泥内部声压梯度引起的物料液相湿分渗流.对不同超声声能密度及对流温度作用下污泥内部湿度场分布进行数值模拟.模拟结果表明,超声作用有效加速了污泥干燥的湿分迁移速率,且当超声作用密度与热风温度、风速等外部传质条件相匹配时,才能发挥超声作用的最佳强化能力,达到最优的干燥效率.     

黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化

在对不同植被覆盖度(95%,70%～80%,40%～50%和10%)下的土壤水分(θv)和土壤温度(Ts)进行日观测的基础上,研究了冻融过程中植被覆盖变化对土壤水分分布和温度的影响.土壤温度与水分关系的回归分析表明:土壤冻融过程明显受植被覆盖变化的影响,植被覆盖变化还导致土壤水分和温度的耦合变化.使用了一个土壤水分和温度的耦合模型来研究植被覆盖的影响,结果证明了这一方法的有效性.结果表明:土壤水分对土壤温度的变化范围和幅度都有影响,高盖度下的土壤比低盖度土壤持水性强.此外,在冻结过程中,由于水的热容量大于土壤的,高盖度土壤能够抑制土壤温度的降低幅度,高盖度土壤具有较好的绝热功能.对于黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化研究有利于为高寒冻土地区冻土和生态环境的保护及合理利用提供科学依据.     

水质耦合模型在农药对土壤包气带污染中应用

在综合考虑农药类污染物在非饱和土壤环境中的水动力弥散、吸附解吸及微生物降解等环境行为的前提下,建立土壤中农药类化学污染物迁移的耦合动力学模型,模型中充分考虑了溶质在土壤固体骨架上非平衡吸附作用,并对农药阿特拉津在土壤中的运移过程进行了数值模拟,对模型中的几个重要参数(含水率、吸附速率和水动力弥散系数)进行了灵敏度分析;结果表明,土壤水分含量变化对农药类污染物质在环境介质中迁移转化起着重要作用.这对于定量化分析农药类污染物在土壤中迁移对地下水污染的潜在性影响提供了可靠的理论根据,同时可为现场农药环境污染评价提供技术支持.     

青海湖南侧江西沟土壤水分分布与土壤干层恢复

通过对青海湖南侧江西沟草地土壤含水量的测定,研究了土壤水分含量、运移和土壤干层水分恢复等问题.2009年该区降水较多,导致2010年7月草地土壤重力水分布深度达到了0.7m左右,但仍有干层存在.经过18个月的水分入渗,在2010年11月土壤干层基本消失,干层恢复的年降水量要大于400mm.该区土壤水分比黄土高原运移缓慢,干层恢复较为缓慢,土壤水分恢复的深度小,水分聚集在土壤的上部,这些特点是该区冻结期较长和蒸发作用较弱造成的.江西沟土壤干层的发育表明该区正常年大气降水一般不能通过土壤入渗补给地下水,属于异常水分循环类型.该区土壤干层的存在指示在降水正常年土壤水分具有负平衡的特点,在年降水量大于400mm的条件下具有正平衡的特点.     

土壤有机质含量对土壤入渗能力影响的试验研究

基于大田土壤水分入渗试验,分析了相同土壤质地(壤土)条件下,有机质含量对大田土壤水分入渗能力的影响;研究了在土壤有机质含量水平相近条件下,土壤水分入渗能力对土壤结构、土壤质地的反应。研究表明:土壤有机质对大田土壤入渗能力的影响十分明显;土壤累积入渗量随着土壤有机质含量的增加而增加;在土壤有机质含量水平相近条件下,土壤入渗能力随土壤密实程度的增大而减小,土壤质地由重到轻,土壤入渗能力增加。研究结果对于指导大田地面灌溉具有重要意义。     

含水量变化对土壤温度和水分交换的影响研究

土壤热容量是土壤热性质的重要参数之一.通过试验和分析,研究了地面土壤含水量日变化及含水量垂向分布变化规律,以及不同含水量对土壤温度的日变化影响.试验结果表明,土壤水分的运动和土壤中热量的传输是一个统一不可分割的系统,无地面水分补给时,土壤中的含水量变化与地温的日变化有关,土壤水的热运动是土壤层向蒸发面供水的最重要的因素之一.     

温度与土壤含水量对阔叶红松林土壤呼吸影响

采用静态封闭箱式技术对长白山阔叶红松林土壤CO2的排放通量进行一年的观测，通过多元回归分析了土壤CO2排放速率与8环境因子间的关系。结果表明：土壤CO2排放通量与土壤5cm温度和0．20cm平均土壤含水量（体积比）呈显著止相关。上壤呼吸与温度和含水量分别表现出幂函数和指数关系。土壤温度和含水量显著影响土壤呼吸的变化。当土壤含水量（体积百分比）大于25％时，土壤呼吸Q10值从1．14（含水量〈25％）降低到1．09（含水量〉25％）。在土壤含水量固定不变时，土壤温度能反映土壤呼吸的86％的变化。当土壤温度固定不变时，土壤含水量能反映土壤呼吸的32％的变化。建立土壤呼吸温度幂函数和含水量指数关系的非线性双因子模型。温度和水分双因于土壤呼吸模型能反映森林土壤呼吸的91％的时空变化。土壤呼吸温度和水分双因子模型估算的年土壤CO2排放通量比土壤呼吸口Q10幂函数模型估算值高11％。     

石灰处治膨胀土填筑路基现场试验研究

以隆林—百色高速公路膨胀土为研究对象,开展了石灰处治膨胀土填筑路基试验路段原位现场试验研究,以探究处治土土体内土压力、温度及含水率的变化规律,确定温度、湿度和荷载作用下大气的影响深度。通过实验研究得知,土体内竖向应力随填土高度的增加呈线性增长;温度的影响深度约为2 m,土体表面0.5 m深度范围内温度变化幅度较大,且土体内存在温度滞后效应,随着深度越大,滞后效应越明显;处治后土体内含水率变化较小,说明了石灰处治膨胀土路基试验路段具有良好的保水性。     

人工草地土壤水分动态规律的研究

根据１９８５～１９８８年四年的动态监测资料，研究分析了人工草地土壤水分的动态变化规律．结果表明：表层土壤的水分含量波动剧烈，对降水反应迅速，主要受大气降水的影响．０～４０ｃｍ土层的水分含量从生长季初期到７月下旬逐渐减少，随后开始回升，其波动情况除受大气降水的影响以外，还与植物的生长发育节律及根系吸水有密切关系．下层土壤水分含量波动幅度较小，有比较明显的滞后现象，在整个生长季中表现出“Ｕ”形曲线的变化特点．     

黄土山地典型覆被类型对土壤水分运动的影响

黄土高原山区土地覆被发生了巨大变化,为研究退耕还林后,覆被类型对黄土高原土壤水分的影响,对典型覆被类型的山区土地开展了不同季节土壤含水率变化监测研究.结果表明,不同深度土壤水分随季节发生了较大的变化,而相同季节不同的覆被类型对降水入渗及土壤水运动也有极大影响,且对土壤水分有效性有显著影响.植树造林有利于林地0～3m土壤水的补给,但仍会出现土壤干层,且下部土壤水的补给明显受到该干层的影响.覆被类型不同,土壤水分的变化趋势不同,当土壤水分改变后,又反作用于植被.土壤水与植被之间存在一个平衡状态,当平衡状态被打破时,直接影响植被的生长,而影响土壤水分的运动.     

基于差示扫描量热法的冻土冻融过程未冻水含量计算模型

通过差式扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)试验,研究不同初始含水率下黏土在冻融过程中未冻水含量与温度的关系,将融化和冻结过程中冻土未冻水含量的特征点作为参数,建立黏土未冻水含量与温度关系半经验模型,并分析初始含水率对参数的影响。结果表明:模型计算值与试验值吻合较好;初始含水率对黏土冻结时的过冷温度影响较小;完全融化温度随初始含水率增大略有上升;不同初始含水率的相同土质的未冻水含量在同一温度点的变化较小。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

不同因素对浅表土冻结温度的影响

通过自制的冻结温度试验装置,以南京地区浅表土为研究对象,分析了淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂3种不同土质在不同含水率、盐分含量以及不同水质条件下的冻结温度规律。结果表明：在试验的含水率范围内,土体冻结温度随含水率增加呈近似线性升高,随盐分含量增加直线降低,而干密度的变化对土体冻结温度影响不大。     

室内土体单向冻结水分迁移的试验研究

以江苏镇江、扬州等地区具有代表性的表层黏土为研究对象,对土体进行了单向冻结实验,研究了不同饱和度、不同温度梯度、不同冻结速率及不同补水条件下土体中水分迁移的现象.实验结果表明:在有外界水源补给的条件下,土体冻结时间越长,非饱和土中水分迁移现象范围越大,对于饱和土每层含水率基本波动范围不大;温度梯度越大,土体完全冻结且水分迁移达到稳定状态所需时间越短,水分迁移的范围越广;在无水源补给的条件下,冻结速率越大,土试样中水分迁移分布曲线变得越平缓;相对于无外界水源补给条件下,有外界水源补给的试样最终完全冻结时水通量更大,土样中水分迁移分布的范围更明显.