梁麗青++王志

摘 要：我國季節(jié)性凍土約占土地面積的54%，而季節(jié)性凍土通過凍融影響著地下水的水位。地下水位變化受多重因素的影響，因此研究?jī)鋈趯?duì)凍土的影響一般不直接測(cè)量地下水位變化，而是通過對(duì)土壤各物理因素的分析，從而得到凍土對(duì)地下水的影響。

關(guān)鍵詞：凍結(jié)期；凍融期；季節(jié)性凍土；地下水

中圖分類號(hào)： P641.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）20-168-2

1 研究方法

凍層凍融過程地下水位變化一般不直接測(cè)量地下水位試驗(yàn)來的出結(jié)論，而是通過對(duì)地下水勢(shì)、土壤溫度、土壤含水量周期觀測(cè)及土壤入滲試驗(yàn)，綜合其他相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料，從而得到試驗(yàn)的數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線，分析地下水的動(dòng)態(tài)特征，而后得出結(jié)論[1-6]。

2 凍結(jié)期土壤水分動(dòng)態(tài)變化及地下水位的變化

季節(jié)性凍土在凍結(jié)過程中由地表開始自上而下逐漸加厚，在溫度梯度、水勢(shì)梯度、毛細(xì)力及分子力等的作用下，液態(tài)水在一定的深度范圍上滲，遇到凍層下界面凍結(jié)成冰晶，大于這個(gè)深度范圍，液態(tài)水下滲，本文把這個(gè)深度稱為水分零通面（簡(jiǎn)稱零通面）[6]。地下水的埋深與該水分零通面的關(guān)系決定了地下水的補(bǔ)給或損耗。

2.1 潛埋型地下水位變化

當(dāng)?shù)叵滤裆钚∮谒至阃?，地下水直接向上入滲補(bǔ)給土壤水以形成凍層，在其他條件不變時(shí)，地下水位下降[6-8]，但是具有一定的滯后性。尤其在平原或較低的地區(qū)，潛水埋藏較淺，大量潛水直接補(bǔ)給到土壤中，形成季節(jié)性凍土，在凍結(jié)狀態(tài)下，土壤含水率可達(dá)到飽和或者過飽和狀態(tài)，此時(shí)，地下水損耗較大，地下水位變化較大[8]，這種地下水損耗通常稱為“潛水蒸發(fā)”。

凍結(jié)期潛水蒸發(fā)量比非凍結(jié)期大，土壤增加貯水量和累計(jì)潛水蒸發(fā)量相關(guān)性較好，潛水蒸發(fā)隨著負(fù)積溫的增加而增加；潛水蒸發(fā)隨凍結(jié)過程時(shí)間的增大而增大；隨著潛水埋深的增加呈指數(shù)遞減；損耗強(qiáng)度隨時(shí)間有一個(gè)峰值，可用冪指數(shù)方程表示[9-11]。

2.2 深埋型地下水位變化

當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥谒至阃鏁r(shí)，由于水分零通面的水勢(shì)最大，以其為界，土壤水分以上部分向上入滲遇到冰層凍結(jié)，以下部分下滲補(bǔ)給地下水（指潛水）[6]，其他條件不變的情況下，地下水位上升，但影響不是很明顯。

如果凍結(jié)前土壤含水量不大，凍結(jié)期沒有充足的水補(bǔ)給地下水并上滲凍結(jié)，地下水可能就不會(huì)上升；如果地下水埋藏深度遠(yuǎn)大于零通面，地下水位就不會(huì)受到影響，但不利于土壤保墑。

2.3 凍結(jié)期地下水位變化的其他影響因素

地下水排泄主要受到季節(jié)性豐水期和枯水期的調(diào)節(jié)，在凍結(jié)期不會(huì)有太大的影響。而地表水入滲和蒸發(fā)據(jù)凍結(jié)情況，對(duì)地下水位影響可分為兩種情況：

①地下水埋藏較淺，或凍結(jié)期處于給水量充足的豐水期，土壤凍結(jié)含水量等于或大于土壤含水量，李天霄等[12]通過對(duì)大田土壤凍結(jié)過程入滲的試驗(yàn)，得到穩(wěn)定入滲時(shí)間、穩(wěn)定入滲率和累計(jì)入滲量隨凍深的變化曲線，三條曲線反映了在凍結(jié)期凍層逐漸變厚時(shí)，其滲透能力迅速減小達(dá)到穩(wěn)定，凍層幾乎不透水，形成了隔水層，幾乎不發(fā)生地表水入滲和蒸發(fā)到地表，對(duì)地下水位影響不大。

②地下水埋藏較深，或凍結(jié)期處于干旱或缺水時(shí)期，凍結(jié)期供水不足，土壤未達(dá)到飽和，此時(shí)土壤具有一定的入滲能力和蒸發(fā)能力[13]。但此時(shí)入滲及蒸發(fā)能力很弱，且地下水位較深，很少能蒸發(fā)或地表水補(bǔ)給，所以對(duì)地下水位變化影響也不大。

3 凍融期土壤水分動(dòng)態(tài)變化及地下水水位變化

凍層融化過程要比凍結(jié)過程短很多，春季氣溫回升時(shí)季節(jié)性凍土開始雙向融化，此時(shí)土壤液態(tài)含水量增加，水勢(shì)分布發(fā)生變化，水分零通面消失。

3.1 潛埋型地下水位變化

如2.1所述，凍結(jié)期土壤貯存了大量水，當(dāng)凍層融化時(shí)，易形成凍層上水，但凍層具有隔水性，所以凍層上水在融通前不會(huì)補(bǔ)給地下潛水。凍層下融化的土壤由于超過了持水量，所以大量釋水補(bǔ)給地下水，地下水為上升[6-8]。

騰凱等[14]發(fā)現(xiàn)凍土融化后滲透系數(shù)變大，滲透性比未凍前高出數(shù)倍甚至百倍，地下潛水位的變化要比凍結(jié)時(shí)變化快；并且凍層上水逐漸聚集易形成一定厚度的凍層上潛流層，等凍層融通后，凍層上潛流層和融雪水下滲補(bǔ)給地下水。凍融水是年內(nèi)地下水補(bǔ)給的重要來源[15]，郭占榮等[6]提到在西北內(nèi)陸盆地，潛水年補(bǔ)給量的51.9%來自凍融水入滲補(bǔ)給；凍融期月最大補(bǔ)水量（細(xì)沙）是凍結(jié)期月地下水最大損耗量（砂礫石）的四倍多。

凍結(jié)期土壤不是特別干旱，地下水埋深小于零通面，凍融水一般都會(huì)補(bǔ)給地下潛水，使其水位上升。

3.2 深埋型地下水位變化

當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥诹阃?，地下水在凍結(jié)期不補(bǔ)給土壤水，凍結(jié)前土壤較為干旱，凍層貯水沒達(dá)到土壤飽和，在融化過程，土壤釋水，入滲途徑長(zhǎng)，到達(dá)不了地下水，地下水位不會(huì)發(fā)生明顯變化。土壤含水沒達(dá)到飽和，或者凍土中有空洞、蟲穴、腐爛根道等，也就會(huì)有一定的滲透能力，在整個(gè)凍融過程中，融雪水和其他地表水都會(huì)下滲，也會(huì)引起地下水的變化。

4 結(jié)論

①凍結(jié)期，埋藏小于水分零通面的地下水大量補(bǔ)給土壤凍結(jié)，土壤含水達(dá)到飽和或過飽和，地下水位下降；埋藏大于零通面的地下水獲得少量土壤水，如果埋藏較深且凍結(jié)前較為干旱，地下水位不能得到土壤水的補(bǔ)給，水位幾乎不會(huì)受到凍融的影響；地下水埋藏小于零通面時(shí)，凍層為隔水層，幾乎不發(fā)生蒸發(fā)到地表以上或地表水入滲，埋藏大于零通面時(shí)，土壤可能達(dá)不到飽和凍結(jié)，凍層雖然具有一定的滲透能力，但是由于埋藏較深，蒸發(fā)到地表或地表水下滲對(duì)地下水位影響不大。

②凍融期，水勢(shì)發(fā)生變化，零通面消失。潛埋型地下水在凍結(jié)期貯存大量的水，融化時(shí)大量釋水補(bǔ)給地下水，地下水位上升，凍融水成為地下水補(bǔ)給的重要來源；深埋型地下水，土壤貯水沒有前者多，釋水補(bǔ)給地下水較少或不補(bǔ)給，地下水位影響不大；潛埋型地下水在融通前不能得到融雪水等地表水的補(bǔ)給，深埋型地下水或者具有空洞、蟻穴腐爛根道等土壤的地下水能夠接受融雪入滲或其他地表水的補(bǔ)給，水位變化依情況而定。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 付強(qiáng)，馬效松，王子龍，等.穩(wěn)定積雪覆蓋下的季節(jié)性凍土水分特征及其數(shù)值模擬[J].南水北調(diào)與水利科技，2013，11（1）：81-84.

[2] 王曉巍.北方季節(jié)性凍土的凍融規(guī)律分析及水文特性模擬[D].黑龍江：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010：13-21.

[3] 戴長(zhǎng)雷，孫思淼，杜新強(qiáng)，等.中國近年寒區(qū)地下水試驗(yàn)研究進(jìn)展[J].資源科學(xué)，2011，33（2）：286-293.

[4] 孫化江，李洪文，崔莉.黑龍江季節(jié)性凍土分布特征、形成條件與危害及其防治[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1993，4（4）：72-78.

[5] 樊貴盛，賈宏驥，李海燕.影響凍融土壤水分入滲特性主要因素的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，15（4）：88-94.

[6] 郭占榮，荊恩春，聶振龍，等.凍結(jié)期和凍融期土壤水分運(yùn)移特征分析[J].水科學(xué)進(jìn)展，2002，13（3）：298-302.

[7] 白連軍，程春蓮，郭福林.凍土對(duì)土壤水份動(dòng)態(tài)影響的分析[J].北方園藝，1996，18（2）：56-57.

[8] 尚松浩，雷志棟，楊詩秀.凍融期地下水位變化情況下土壤水分運(yùn)動(dòng)的初步研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，15（2）：64-68.

[9] 周有才，趙洪書.松嫩平原土壤水分動(dòng)態(tài)的研究[J].土壤學(xué)報(bào)，1979，16（3）：302-305.

[10] 雷志棟，尚松浩，楊詩秀.土壤凍結(jié)過程中潛水蒸發(fā)規(guī)律的模擬研究[J].水利學(xué)報(bào)，1999，27（6）：6-10.

[11] 張展鴻.土壤凍結(jié)期潛水蒸發(fā)規(guī)律分析[J].地下水，2012，34（5）：16-17.

[12] 李天霄，付強(qiáng)，劉東.寒區(qū)冬季大田土壤入滲特性試驗(yàn)研究[C].第2屆“寒區(qū)水資源及其可持續(xù)利用”學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2009：97-101.

[13] 張春艷，沈麗，楊大超.凍層條件下滲渠取水量的確定初探[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，2010，37（3）：112-114.

[14] 騰凱，柳寶田，李益新，等.季節(jié)性凍土區(qū)地下水的變化規(guī)律及開發(fā)利用[J].地下水，1996，18（1）：35-37.

[15] 荊繼紅，韓雙平，王新忠，等.凍結(jié)、凍融過程中水分運(yùn)移機(jī)理[J].地球?qū)W報(bào)，2007，28（1）：50-54.