不同覆盖模式土壤水热耦合运移机制分析
冻土水热力三场耦合机理及本构关系
在这一部分，作者结合实际工程案例，分析了冻土水热力耦合作用在实际工 程中的应用和影响。这些案例既验证了理论研究的正确性，也为工程实践提供了 有益的参考。
结论部分总结了本书的主要研究成果和观点，展望了未来冻土研究的发展方 向。这一部分既是对全书内容的总结，也是对未来研究的期许。
《冻土水热力三场耦合机理及本构关系》一书目录结构清晰，内容丰富，既 有对冻土基本属性的深入剖析，也有对水热力耦合机理的详细阐述，还有对工程 应用的案例分析。这本书不仅为冻土工程领域的学者和工程师提供了宝贵的参考， 也为推动冻土研究的发展做出了重要贡献。
本书对冻土的基本物理性质进行了详细阐述。介绍了冻土的形成过程、分类及基本特征，包括冰 晶的形成、水分迁移、温度分布等。通过对冻土微观结构的分析，揭示了冻土中水分、热量和力 学行为之间的相互关系。
本书重点研究了冻土的水热力耦合机理。从水分迁移、热量传递和力学变形三个方面，深入探讨 了冻土在不同环境条件下的响应。
这本书给我留下的最深刻的印象，就是它系统而全面地介绍了冻土的基本力 学性质和特点，以及相关理论与数值模拟研究方法。通过阅读，我了解到冻土是 在低温环境下，土壤中的水分结冰形成的一种特殊土体。这种土体在冻结和融化 过程中，会受到温度、水分和应力等多种因素的影响，表现出复杂的水-热-力三 场耦合行为。
分析了冻土中水分迁移的规律，包括液态水、汽态水和冰晶的相互转化；研究了冻土中热量传递 的过程，揭示了温度对冻土物理性质的影响；同时，探讨了冻土在应力作用下的变形行为，包括 弹性、塑性和蠕变等。
在此基础上，本书进一步探讨了冻土的本构关系。建立了考虑水分、热量和应力耦合的冻土本构 模型，通过数学方法和实验手段，揭示了冻土在复杂应力状态下的变形规律。该模型能够更准确 地描述冻土在实际工程中的行为，为冻土工程的设计提供了有力支持。
冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制
冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制
冻融土壤是指在冬季寒冷条件下，土壤中的水分被冻结成冰，而在春季或其他温暖季节，土壤中的冰又会融化成液态水的现象。
这种冻融过程不仅对土壤中的水分有着重要影响，还会引起土壤中的热量和养分的迁移和转化。
因此，冻融土壤水、热、养分的迁移和转化是一种协同作用机制。
冻融土壤水的协同作用机制主要表现在水分的迁移和转化过程中。
在寒冷的冬季，土壤中的水分会逐渐冻结成冰，形成一定深度的冻结带。
随着气温的升高，冻结带会逐渐融化，使得土壤中的水分从冻结带向非冻结带迁移。
这种水分的迁移过程会导致土壤中水分的重新分布，从而影响土壤的湿度和水分利用。
冻融土壤热的协同作用机制主要表现在热量的迁移和转化过程中。
当土壤中的水分被冻结时，水分中的潜热会释放出来，使得土壤温度降低。
而当冻结的水分融化时，吸收的热量会使土壤温度升高。
这种热量的迁移和转化过程会导致土壤温度的变化，从而影响土壤的热环境和生物活动。
冻融土壤养分的协同作用机制主要表现在养分的迁移和转化过程中。
冻融土壤水的迁移和转化会导致土壤中养分的重新分布，从而影响土壤的肥力和植物的生长。
此外，冻融过程中水分的变化还会引起土壤中微生物的活动和养分的释放，进一步影响土壤中养分的迁移和转化。
冻融土壤水、热、养分的迁移和转化是一种协同作用机制。
这种机制通过水分、热量和养分的迁移和转化过程，影响着土壤的湿度、温度和肥力，进而影响着土壤的生态环境和植物的生长。
了解和研究这种协同作用机制，对于合理利用土壤资源、保护生态环境具有重要意义。
冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制
冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制随着全球气候变化的加剧，冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制引起了科研工作者的广泛关注。
这一机制包括了土壤水分、热量和养分在冻融过程中的相互影响和转化过程，对土壤生态系统的稳定性和功能发挥具有重要意义。
下面将对这一机制的相关内容进行详细的阐述。
1. 冻融土壤水、热、养迁移转化的基本原理冻融过程中，土壤水分、热量和养分之间存在着复杂的物理、化学和生物反应。
土壤中的水分在低温条件下形成冰晶，冰晶的形成会释放出一定量的热量，使土壤温度上升。
土壤中的养分也会在冻融过程中发生迁移和转化，比如有机质的降解和矿物质的溶解。
这些过程相互作用，共同影响着土壤的理化性质和生态功能。
2. 冻融对土壤水分的影响在冬季寒冷条件下，土壤中的水分会发生冻结，形成冰层。
冻结过程中，冰层的形成会造成土壤孔隙度的改变，使土壤中的水分迁移受限。
而在春季回暖时，土壤中的冰层开始融化，释放出大量的水分。
这种冻融过程对土壤的水分含量和水分分布产生了重要影响，进而影响着土壤中微生物的活性和植物的生长。
3. 冻融对土壤热量的影响土壤的热量对于农田生产和土壤生态系统具有重要意义。
冻融过程中，土壤中的冰层的形成和融化会导致土壤温度的变化。
尤其是在冬季，土壤中的冰层会起到一定的绝热保温作用，减少土壤的温度变化。
而在春季，冰层融化释放的热量则会使土壤温度迅速上升。
这种冻融过程对土壤温度的变化及其对土壤生态系统的影响是非常显著的。
4. 冻融对土壤养分的影响冻融过程还会对土壤中的养分形态和迁移转化产生重要影响。
在冰层形成的过程中，土壤中的有机质会发生降解，有机酸、酶、微生物等物质释放出来。
土壤中的矿物质也会发生溶解和迁移，影响着土壤中养分的分布和有效性。
而在冰层融化的过程中，这些有机质和矿物质转化产生的养分则会被释放到土壤中，为作物的生长和微生物的活性提供养分来源。
5. 冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制的意义冻融土壤水、热、养迁移转化协同作用机制对于土壤生态系统的稳定性和功能维持具有重要意义。
秸秆覆盖条件下土壤水热盐耦合运动规律模拟研究进展
Ρj Ρi - 1
) 作为第三个函数, 与 式中 下标 i 和 j 表示两种温度; Η为土壤含水量, 其它同 ( 1) 式。G ( Η ( ) M ua lem 1974 的独立域滞后模型结合可预测任一温度下的主曲线或扫描曲线 (N im m o 等, 1986) 。 L iu H u i H a i 等 ( 1993) 假设 ①土壤水分由连续水和孤包水组成, 孤包水在土壤中以截断水 或者固体表面上的薄水膜形式存在, 连续水含量与总含水量 ( 连续水和孤包水含量之和) 成线
李春友, 任 理, 李保国
( 中国农业大学土壤和水科学系, 北京 100094)
Ξ
摘要: 分别从等温和非等温水盐动态模拟以及覆盖边界层三个方面, 以秸秆覆盖条件下土壤水、 热、盐耦合运动规律模拟研究为重点, 介绍了 50 年代以来土壤水热盐数学模拟的研究成果, 并简 要论述了有关模型的特点及今后的发展方向。 关 键 词: 土壤水; 盐分运移; 水热动态; 耦合模拟; 秸秆覆盖 中图分类号: P 6411131; G 353111 文献标识码: A
( 1986b ) 认为土壤溶液中的溶质 ( 影响表面张力) 和土壤中的闭塞空气都表现出降低温度系数
的效应, 因此, 土壤溶质和闭塞空气都不能解释土壤温度系数的较大测量值和较小计算值之间 的差异。 造成这种差异的其它原因可能包括温度对接触角、 粘粒膨胀和包含在土壤水分中的表 面活性剂效能的影响, 但无相应理论发展 (N im m o , 1986) 。由于基于 Ph ilip 方程所计算的温度 ) 来量化比 STV F 估算值大的温度效 效应出现较大误差, N im m o 等 ( 1986) 提出用经验函数 G ( Η 应。
通用的土壤水热传输耦合模型的发展和改进研究
通用的土壤水热传输耦合模型的发展和改进研究
近年来，土壤水热传输耦合模型的发展和改进受到越来越多专家和
研究人员的关注。
其目的是以不同的方式来表达土壤的水热耦合过程，更加准确地描述土壤环境的变化和影响，并且可以用作研究及预测土
壤水分和热量变化的有效手段。
首先，有关专家研究表明，原始土壤水热耦合模型存在较大的改进空间，可以根据不同的要求，对对模型进行进一步的精细化处理。
具体
来说，可以根据土壤的水热参数，在储存能量方程中考虑不稳定条件
的影响；同时，也可以根据土壤实际的湿度状态，将湿度分布在不同
的参数层次上，更准确地描述土壤的水分变化情况。
此外，专家还发现，土壤水热耦合模型还可以考虑其他因素，提高模
型合理性，如增加土壤层变化对水分和热量流动的影响，考虑土壤储
备和含水量的变化，并考虑土体表面蒸发和植物蒸腾等因素。
这些改
进可以更有效地反映土壤水热传输过程，以期能准确描述土壤环境的
变化情况，对土壤水分和热量提供准确的研究和预测。
总的来说，随着土壤水热耦合模型的发展和改进，可以大大提高模型
的真实性和准确性，更好地描述土壤水分和热量的变化情况，以更有
效地实现热量和水分的空间和时空分布，为土壤水热分析、监测和预
测提供更可靠的理论和实验依据。
高寒干旱地区土壤水热盐耦合机理及模型研究
高寒干旱地区土壤水热盐耦合机理及模型研究高寒干旱地区的土壤，那可真是个难搞的东西啊。
你想象一下，那地方的天气总是又冷又干，土壤几乎没有水分，干得像锅底的老油，尤其在冬天，冻得一层厚厚的冰，连个蚂蚁都能冻成冰棍。
就是这种恶劣的环境，让这里的植物、动物，甚至人类都活得格外辛苦。
可是，土壤的水热盐耦合机理，也就是水分、热量和盐分之间的互动，真的是个极其复杂的课题，弄懂了它，就能更好地应对这些问题。
你想，干旱地区的土壤，水分本来就稀缺，就像在沙漠里找水一样难。
而且一到冬天，温度骤降，水分根本就难以渗透进去，甚至连地下的水都变成了坚硬的冰层。
想要让这些土壤能有效地保持水分，真的是要靠天吃饭。
我们常说“靠天吃饭”，其实就是指天时的重要性。
这里的天，既是温度，也可能是那点稀薄的降水。
要搞清楚水热盐之间的关系，就得从这两方面着手。
比如说，土壤的温度会直接影响水分的蒸发，也影响着盐分的溶解度。
想象一下，你在夏天把盐撒到沙滩上，太阳一晒，盐就融化了，水分蒸发掉，留下的就是一层白白的盐碱。
可是，问题来了！土壤里面的盐，往往会通过水分的蒸发，慢慢积累，时间久了，就像是“积少成多”，土壤里那股子盐分，越来越高，植物的根系吸收水分的时候，也得面对这些盐的“挑战”。
说白了，就是给植物加了不少“麻烦”。
这个过程叫做“盐碱化”，对植物的生长可真是个大障碍。
特别是在高寒干旱的地区，气候条件那么恶劣，盐分的积累更加严重，根本就不给植物留活路。
而说到热量，嘿嘿，它可比水分和盐分还要狡猾。
因为热量会影响到土壤的水分循环。
你想，气温一高，水分就会蒸发得飞快，土壤就变干，盐分的浓度也随之上升，恶性循环就开始了。
可要是气温一低，水分反而会因为冻结无法流动，也会导致盐分堆积。
而这些盐，又会影响土壤的通透性，影响水分的渗透，最终影响土壤的整体健康。
就像是开了个无解的“死循环”，让人看了都想抓狂。
所以，要解决这个问题，咱们得做点文章。
简单来说，就得研究这些水、热、盐的相互作用，找出它们之间的规律，建立一个合理的模型。
第4章 土壤温度和热流解析
4.4 土壤中水热的耦合运移（Coupling transport of water and heat in soils） 1、土壤中水分运动及含水量分布是和热流及温度分布相互联系的。
土壤中热流分析计算是以土壤水分运动作为条件或前提的。
2、土壤中热流及温度分布反过来也对水流运动有影响。
（1）由于温度场的存在产生温度势；（2）温度的变化亦会引起土壤水分中溶质的情况变化。
但在一般条件下，通常忽略温度变化对水分运移的影响，而将水分运动和热流运动单独求解。
在冻融条件下，土壤中的水分一部分为液态，另一部分为固态（冰）。
此时，土壤水分的运动强烈受到热量交换的影响。
此时，必须耦合求解水分和热流方程。
4.5 土壤温度的变化规律特定地区地表土壤温度以年为变化周期，一年当中各出现一次最高温度和最低温度时期。
深度每增加1 m，最高（或最低）地温出现的时间推迟20~30 d。
并且随着深度的增加，土壤温度年变化幅度迅速减小。
土壤深度达到某一深度时，土壤温度季节性变化消失，此深度称为恒温层。
恒温层深度在低纬度地区仅5~10 m，中纬度地区约为15~20 m，而在高纬度地区约为20 m。
土壤温度日变化与年变化相似，随着深度的增加，土壤温度的变化呈滞后现象；且土壤深度越大，温度变化幅度越小。
土壤温度年变化和日变化规律近似于正弦曲线的周期性波动2π T ( z , t = Tave + Az sin[ t + φ ( z ] Δ 影响土壤温度变化的因素太阳辐射能天文及气象因素，如与太阳辐射能量有关的纬度；季节及昼夜交替；大气成分、密度及其浑浊程度；云层高度和厚度；降雨以及与蒸发有关的风速、气压等。
土壤机械组成及性质，如与土壤热容量、导热率和热扩散率等热特征参数有关的土壤质地、土壤含水量、土壤有机质。
地理位置，如海拔高度、地形方位（坡度、坡向）。
土壤表面状况，如地表植物覆盖情况、土壤颜色以及土壤平坦度。
土壤温度的调节人工覆盖以水调温耕作。
土体水热力耦合问题研究意义现状及建议
第26卷第3期 岩 土 力 学 V ol.26 No.3 2005年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2005收稿日期：2003-12-10 修改稿收到日期：2004-04-25基金项目：国家自然科学基金项目（No. 50308024）和陕西省自然科学基金（No.2001C28）资助。
作者简介：王铁行，男，1968年生，博士后，副教授，从事岩土工程方面的教学、科研和生产工作。
E-mail: wangtiexing@文章编号：1000－7598－(2005) 03－0488－06土体水热力耦合问题研究意义、现状及建议王铁行1, 2，李 宁2，谢定义2(1.西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055； 2.西安理工大学 岩土工程研究所，陕西 西安 710048)摘 要：基于浅层土体水分场、温度场、应力场和位移场的相互影响，对水热力耦合问题在黄土、冻土、膨胀土、土壤学等领域的研究意义进行了阐述，并对水热力耦合在上述领域研究现状作了回顾和总结。
进一步分析了水热力耦合作用机理性研究的不足，指出：通过水热力耦合作用机理性研究确定水热力耦合参数及变量，应是现时进行水热力耦合研究的中心问题。
关 键 词：水热力耦合；黄土；冻土；膨胀土；土壤 中图分类号：U 416.1 文献标识码：ANecessity and means in research on soil coupled heat-moisture-stress issuesWANG Tie-hang 1,2, LI Ning 2, XIE Ding-yi 2(1.College of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and technology, Xi’an 710055, China; 2.Research Institute of Geotechnical Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)Abstract : Taking the influence each other among the moisture field, thermal field, stress and deformation field of soil body into account, the necessity of research on coupled heat-moisture-stress issues about loess, amargosite, frozen soil and pedology is explored. Then the research progress in the issues is reviewed and summarized. After that based on the analysis of the research work up to now, the weakness of mechanism research of soil coupled heat-moisture-stress issues is revealed; and it is pointed that defining the coupled parameters should be the heart of the matter.Key words: coupled heat-moisture-stress; loess; frozen soil; amargosite; pedology1 土体水热力耦合研究的意义地表浅层土体是工程活动的主要对象，由于受到气候及土体自重和其它附加荷载的影响，土体中的温度场、水分场、应力场和位移场均是变化的，而且相互影响。
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模拟值与实测值的评估
2.研究内容与方法
2.2.研究方法
田间试验
实验室
数值模拟
PR2与HH2采集 土壤含水量
烘干法测土壤 容重
地温仪记录土 壤温度
ML2x标定PR2 土壤水势方程
土壤特性 作物参数 气象数据
2.研究内容与方法
2.2.1.田间试验处理
试验处理
试验处理
低密覆膜 垄沟 垄作
减氮追肥
夏闲秸秆
试验区编号 AFL BGM CIK 田间小区布局
EHN
农户 DJO
2.研究内容与方法
2.2.2.烘干法测土壤容重
平均值 标准差
土壤容重 ρ b(g/cm3)
1.29 0.09
土壤质量含水量 土壤容积含水
θm
量θ v
15.02
19.50
1.51
2.91
2.研究内容与方法
2.2.3.土壤含水量测定仪
PR2 ML2x HH2
2.研究内容与方法
2.2.4. PR2方程标定原理
土壤含水量与PR2介电常数关系
（1）
土壤含水量与PR2 探头电压的关系式：
ML2x介电性能方程：
PR2探头介电性能方程 （2） （3）
（4）
2.研究内容与方法
2.2. 4.PR2方程标定方法
烘干土样 V = V0 =0.1139 V， θ0=0 鲜土样
2011 届本科生毕业论文答辩
不同覆盖模式土壤水热 耦合运Fra bibliotek机制分析学 生：郑英元 学 号：06107014 导 师：赵 英 (副教授)
1 研究背景与目的 2 研究内容与方法 3 结果与讨论 4 结论
1.研究背景与目的
1.1.研究背景
总降水量504.7 mm 总蒸发量765.1 mm
试验地冬小麦水分临界 期与休闲期降水比例
标定后的PR2土壤水势方程：
2.研究内容与方法
2.2.5.土壤水热耦合运移模型
土壤水热耦合运移 HYDRUS-1D模型 Richards 方程
初始边界条件的确定
初始条件
上边界条件
根系吸水量 Feddes 方程
下边界条件
2.研究内容与方法
2.2.6.HYDRUS-1D软件数值模拟
土壤水分边界条件方程
边界条件数据输入
输出模拟值
3.1. 不同覆盖模 式土壤水热 运移分析
3.结果与讨论
DDiaigargarm am 33
3.结果与讨论
3.2. HYDRUS-1D 模拟值与实 测值
DDiaigargarm am 33
4.结论
低密覆膜在冬季起增温作用，夏闲 秸秆在夏季起降温作用。
夏闲秸秆保蓄夏季降雨，低密覆膜 减少生育期蒸发；低密覆膜主要利 用表层水分，减氮追肥可以吸收深 层水分。
试验地降水量及蒸发量
试 验 地 年 气 温
1.研究背景与目的
1.2.研究目的
不同覆盖模式 土壤水热耦合 运移机制分析
HYDRUS土壤 水热运移模型 预测土壤水分
适合旱塬区 农户的覆盖 栽培模式
2.研究内容与方法
2.1.研究内容
不同覆盖模式土壤含水 量和温度分析
构建HYDRUS土壤水热 运移模型，确定边界条件