積雪覆蓋條件下土壤水熱遷移規(guī)律分析.pdf

1、黑龍江省冬季寒冷，歷史上最低的氣溫達(dá)到過(guò)零下50℃，白天和夜晚的溫差較大。冬季降雪，積雪覆蓋在廣袤農(nóng)田上的時(shí)間能夠持續(xù)整個(gè)冬季，并為春季作物生長(zhǎng)提供了一定的水源。由于積雪具有高導(dǎo)熱性弱、反射率高、熱容量等特性影響土壤溫度和含水率的變化。研究積雪覆蓋條件下土壤水分的傳遞規(guī)律以及土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)和含水率的關(guān)系對(duì)于水分在自然界中的循環(huán)轉(zhuǎn)移有重要意義。在凍結(jié)期由于室外溫度低，土壤中的水分基本不轉(zhuǎn)移同時(shí)土壤的深層基本保持恒定，所以雪的存在為春季農(nóng)

2、業(yè)生產(chǎn)提供了一定的水資源保證，土壤溫度的變化也為工程力學(xué)和工程凍脹研究提供了相應(yīng)的研究思路。應(yīng)用優(yōu)化算法通過(guò)計(jì)算機(jī)編程確定土壤的水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法能夠克服土壤空間變異的特性使研究模型精度得到保證。本研究即有在土壤水分運(yùn)動(dòng)模型和優(yōu)化算法求解土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)模型上具有較高的理論意義，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤特性分析等方面又有將強(qiáng)的實(shí)踐意義。
　　因此本文的研究主要內(nèi)容、材料方法、主要結(jié)論歸納總結(jié)如下:
　　(1)表層土壤剖面溫度有積雪

3、覆蓋的土壤度高于無(wú)積雪覆蓋土壤，無(wú)積雪覆蓋的土壤由于可以直接吸收太陽(yáng)輻射進(jìn)行能量交換所以隨著時(shí)間的推移溫度變化明顯。溫度保持不變時(shí)土壤溫度隨之恒定不變。自然降雪、積雪壓密、積雪加厚的表層土壤剖面溫度基本保持不變。自然降雪、積雪覆蓋、積雪壓密能夠保持土壤溫度，保持的深度范圍為100 cm，超過(guò)100 cm后各個(gè)小區(qū)的剖面溫度基本保持一致不發(fā)生變化。
　　(2)將粒子群算法引入到季節(jié)性凍土水分遷移規(guī)律研究中，提出了一種新的季節(jié)性凍土水

4、分運(yùn)動(dòng)參數(shù)識(shí)別方法。建立了基于粒子群算法的參數(shù)識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)了季節(jié)性凍土水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化模型計(jì)算的土壤導(dǎo)水率和擴(kuò)展率與實(shí)測(cè)值總體變化趨勢(shì)一致，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值忽略了土壤容重隨空間的變化，所以優(yōu)化模型更適合田間土壤實(shí)際應(yīng)用。采用優(yōu)化后的參數(shù)模型模擬土壤體積含水率具有較高的精度，模擬值和真實(shí)值各點(diǎn)的最大絕對(duì)誤差僅為2.57％，最大相對(duì)誤差僅為5.53％，平均相對(duì)誤差僅為2.51％，表明建立的季節(jié)性凍土水分遷移模型可以很好的模擬

5、水分的遷移規(guī)律，同時(shí)可以反映粒子群算法可以較好的優(yōu)化季節(jié)性凍土的水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)。研究成果對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)田的灌溉與排水、土壤的蒸發(fā)、地下水補(bǔ)給和植物根區(qū)土壤水分運(yùn)動(dòng)具有重要的理論和實(shí)踐意義。
　　(3)推導(dǎo)了柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)中的土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本方程，并且推導(dǎo)了零通量面與通量面、表面通量法、定位通量法的運(yùn)算過(guò)程。梳理了一維土壤水分運(yùn)動(dòng)方程的差分求解的三種方程。對(duì)積雪覆蓋條件下的土壤水分運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行差分求解，將相應(yīng)方程轉(zhuǎn)化為追趕法求解的形式，