试验仪器、设备与设施 试验所用的主要仪器、设备和设施包括：大田双套环单点入渗仪、含水率、地温、冻土深度、土壤容重测试仪器以及量水设备等。表2-10 冻结前测坑土壤剖面含水率（θu）分布（一）冻融土壤入渗仪器入渗试验仪器为双套环单点入渗仪。非冻结土壤条件下使用西安理工大学西安水资源研究所研制的设备。内环直径26.0 cm，外环直径60 cm，该设备可实现内环自动供水和积水入渗水头自动控制，精度高。由于气温降到0℃以下以后，一方面无法埋设入渗环，另一方面入渗仪供水马氏桶及灌水管道结冰，内环供水计量精度下降，所以在冻结土壤条件下无法利用西安产双套环入渗仪。为进行冬季冻土条件下入渗试验，加工了100余套入渗内环，其内径与西安双套环入渗仪内环完全相同，并在地表封冻前一次性预埋于试验地块，解决了冻土条件下无法埋设入渗内环问题。由于外环尺寸大，成本高，用土埂代替。外环的作用是形成一个与内环入渗水流平行的入渗水流保护圈，使内环水分入渗为一维垂直入渗。与双套环入渗仪相比，用土埂代替外环后，内环一维垂直入渗条件势必有所影响。为弥补这一影响采取了两项措施，其一是加大外环面积，入渗仪标准外环直径为60 cm，土埂采用80 cm×80 cm的矩形；其二是加大。
冻融土壤入渗特性试验针对三种质地的土壤进行。各种试验土壤的级配曲线见图2-10～图2-12。文水县山西省中心灌溉试验站（以下简称中心站）土壤粘粒含量为36%，较粘重；平遥宁固和北长寿土壤粘粒含量都为13%，但宁固土壤由于其粉粒的差异属于壤土质地，而北长寿土壤则属于砂质壤土质地。试验土壤的其他物理参数见第二章试验土壤条件。土壤质地对冻融土壤入渗特性的影响试验在不同年份越冬期自然土壤含水率、自然冻融条件下进行。在我国北方的季节性冻土区，尽管各年秋后土壤含水率有一定的差异，但因从秋后到土壤冻结的较长时间内，雨量小，蒸发强烈，致使越冬期间的土壤含水率差异不大。分析认为在不同年份越冬期内进行的入渗试验可近似反映不同质地土壤的入渗特性差异。图4-17为三种质地不同土壤结构条件下，非冻结（A—C）和冻结（A′—C′）土壤累积入渗曲线比较图；图4-18为越冬期三种质地不同土壤结构条件下90 min累积入渗量随冻融历时的变化过程线。表4-3为越冬期土壤质地对土壤入渗能力影响对比表。试验结果表明：1.土壤质地对冻融土壤入渗能力的影响明显图4-17A、B、C为三种质地土壤不同耕作条件、非冻结状态下的累积入渗量过程线。可以看出无论那种耕作。
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冻融土壤入渗的季节性变化特征 图4-3（a）、（b）分别为山西省中心灌溉试验站秋耕地及汾河三坝灌区平遥县宁固村高粱茬地在不同冻融阶段的入渗过程线。由入渗过程曲线可以看出，同一质地土壤，在不同冻融期的累积入渗量差异较大。中心站秋耕地在整个越冬期的最小入渗量为3.305 cm，最大入渗量为8.86 cm，为最小入渗量的2.68倍，其余的变化在3.3～8.86之间；而宁固高粱茬地的最小入渗量为3.6 cm，最大入渗量为7.15 cm，为最小入渗量的2倍。根据大量的田间试验结果，入渗过程曲线在平面上大致分为三个区域，高入渗区、低入渗区及中间区。高入渗区为非冻土和融土的入渗曲线，低入渗区主要为稳定冻层形成发展阶段所进行的入渗试验结果，中间区为不稳定冻结阶段和融化阶段的入渗结果。相应地，冻融土壤的入渗能力可以分为高、中、低三个等级。图4-4反映了土壤入渗能力随冻融阶段变化的特点。在季节性冻融期，土壤入渗能力经历由高到低、再增高的变化过程，并且融土的入渗能力明显地大于非冻土。中心站秋耕地的融土比冻土入渗量高26.1%，而宁固高粱茬地融土的入渗能力比冻土的高13.1%。从图4-4累积入渗量与冻融历时的点群分布可以看出，累积入渗量随时间的变化过程可用二次多项式拟合，方程如下：水分在。
冻融条件下土壤水分运动规律的主要研究内容
