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季节性冻土冻融对融雪洪水的影响研究

牛春霞  
【摘要】:影响融雪径流的因素的有很多,但由于水文过程的很多不确定性,加上野外监测手段单一,致使获得的数据不是十分理想。目前对融雪径流产生过程及影响因素的研究工作尚处于不成熟阶段,尤其是冻土冻融对融雪径流的影响。本文以广泛存在季节性冻土的天山北坡军塘湖流域为研究区,在季节性冻土在融雪期存在的条件下为前提,结合野外观测和室内分析,运用水文、数理统计等方法以及多个数据分析软件对季节性冻土温度、土壤含水量随时间和冻土深度变化进行分析,并对土壤温度和含水量进行相关分析;利用双环入渗试验对不同季节性冻土状态下土壤水分入渗能力进行试验;对融雪径流的主要影响因素进行分析。本研究得出的主要影响因素进行分析,结论如下:(1)通过对分析土壤样品的物理特性,得出试验场以粉壤土为主,透水性随着土壤深度的增加越来越差。在整个季节性冻土的冻融过程中,土壤温度的变化浅层土壤温度变化较为激烈,深层土壤温度的变化较小,说明浅层土壤受外界影响较大,而深层土壤受外界影响较小。土壤冻结期,由于空气气温较低,土壤从表层开始向下单向冻结。融化期,由于表层地温和底部地热的作用致使冻土从上下层同时融化,即“双向融化”现象。(2)冻融期间土壤含水量变化曲线呈“凹”形状,即土壤含水量均呈现逐渐降低,降至最低点后再缓慢增多的现象;冻结期气温持续降低,土壤温度也呈下降趋势,当该深度处的地温达到它的冻结温度时,此土壤层中一部分液态水分发生冻结,土壤的含水量开始减少;融化期,太阳辐射逐渐强烈,土壤温度回升,各土壤层土壤含水量都有所增加。对各层土壤水热进行相关分析,得出土壤含水量与温度相关性较高,尤其在10-20cm土壤层相关系数高达0.908,随着土壤深度的增加相关系数呈现降低的现象。(3)在融雪期对不同冻结状态下的土壤进行双环入渗试验。得出:冻土相当于一种隔水层存在,阻止融雪水入渗;冻结土壤的入渗量低于未冻结土壤的入渗量;冻结土壤的入渗速度低于未冻结土壤的入渗速度;冻结土壤的相对稳定入渗率小于未冻结土壤;季节性冻土的减渗能力随冻土深度的增加而增强。说明季节性冻土具有减渗特性,减渗能力与空气温度、冻土深度的变化有关。(4)通过对比分析在融雪期有无季节性冻土存在时径流量大小,得出在融雪期冻土大量存在时,雪层出流对地面径流有加强作用,而当一部冻土消融后,融雪水入渗量增加,入渗强度增大,对融雪径流有一定的抑制作用,降低径流量;经过分析有无季节性冻土存在时,土壤湿度与径流间的关系可以得知,融雪水的下渗受到了土壤的调蓄作用,一方面冻土的存在阻止了融雪水的下渗,一方面当温度升高时影响冻土消融使得融雪水大量下渗改变着表层的水分含量,特别是表层10cm以内,进而影响洪水发生。通过分析冻土厚度与径流量之间的关系,可知融雪径流量与降水呈现显著的正相关,冻土厚度与径流量基本上是呈反比关系。说明,季节性冻土对流域的地表径流作用非常大,


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