冻融土壤减渗机理分析 由非饱和多孔介质的达西定律可知，描述土壤一维垂直入渗的数学物理方程为：水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动式中，q 为土壤水分通量；K 为非饱和土壤导水率；为土壤水势梯度；Ψ为土壤水势。从图4-2（b）非冻结土壤与冻结土壤入渗速度对比曲线可以看出，冻结土壤的入渗速度明显小于非冻结土壤同时刻的入渗速度，即水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动那么冻结土壤条件下，方程（4.1）的右端项也必然满足上式：即水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动要使（4.4）式成立，左端项中两因子或者其中任一因子必然小于右端项，或两者同时减小。以下首先对冻结土壤和非冻结土壤的土壤水势梯度进行分析比较。假设有图4-16所示的、土壤条件和含水率分布完全相同的田间土柱单元体，其中土柱A经历冻结作用，土柱B未冻结。假定两者同时经历积水入渗，在某时刻t，其湿润锋面到达z深度（事实上，冻结土柱湿润锋推进深度比未冻土柱要小），现分别计算土柱A和土柱B地表至湿润锋面间的平均土壤水势梯度。对于地表断面（z=0），无论冻结土柱还是非冻结土柱，土壤都处于饱和状态，当不考虑温度势和溶质势梯度时，其各分势及总土水势为：基质势：Ψm=0重力势：Ψg=0压力势：。
冻融土壤中的溶质平衡 1.冻融土壤中溶质运移方程本模型考虑了溶质运移的三个过程：分子扩散、对流和弥散。瞬时的一维溶质运移平衡方程为：水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动式中[（DH+DM]为由水动力弥散和分子扩散引起的溶质通量（mol/m3·s）；为对流引起的溶质通量（mol/m3·s）；V为源汇项（mol/m3·s）为单位质量土壤中存在的总溶质浓度（mol/m3·s）项。式中，ρl为液态水密度（1000kg/m3）；z为从地表面算起的深度（m）；DH为水动力弥散系数（m2/s）；DM为分子扩散系数（m2/s）；c为土壤溶液的溶质浓度（mol/kg）；ql为由地表向下运动的液态水通量（m/s）；S为单位质量土壤中的总溶质（mol/kg）；t为时间（s）；ρb为土壤容重（kg/m3）。该模型可同时模拟多组分溶质，但不考虑各溶质间或各溶质与土壤有机物或矿物颗粒之间的化学反应。2.方程中各项的确定（1）分子扩散溶质在土壤中的扩散受土壤含水率和孔隙曲度状况的影响，它与溶质在自由水中的扩散有关（Campbell，1985；Bolzand Tuve，1976）：水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动式中，D0为0℃时给定溶质在水中的扩散系数（m2/s）；γ为反映土壤孔隙曲度的常数。（2）对流溶质随水分沿水流方向上的运移通量与水分通量和。
土壤及土壤水中含有溶质，它对于人类生活和生产活动都产生重要影响，不仅存在土壤盐碱化问题，而且还会发展成为更为广泛和深远的水土环境问题。土壤中的溶636f707962616964757a686964616f31333433616237质运移十分复杂，一方面随着水分运动而做对流运动，另一方面沿着自身浓度梯度的反方向而做扩散运动。通常认为土壤中的溶质运移主要是通过对流和水动力弥散两种机理实现的。冻融过程中，由于冰以纯净相析出，所以冻融土壤中的溶质运移基本方程与非冻土相似，其作用机理仍为对流和水动力弥散。1.溶质运移的对流和水动力弥散（1）溶质的对流运移对流是指在土壤水分运动过程中，同时携带着溶质运移。单位时间内通过土壤单位横截面积的溶质质量称为溶质通量，溶质的对流通量记为Jc。单位体积土壤水溶液中所含有的溶质质量，称为溶质的浓度，记为c。溶质的对流通量Jc为溶质浓度c和土壤液态水通量ql的乘积，即：水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动（2）溶质的分子扩散溶质的水动力弥散包括溶质的分子扩散和溶质的机械弥散。溶质的分子扩散是由于分子的不规则热运动即布朗运动引起的，其趋势是溶质由浓度高处向浓度低处运移，以求最后达到浓度的均匀。当存在浓度梯度。
