凍層融凍過程地下水位變化影響分析

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，因此研究凍融對凍土的影響一般不直接測量地下水位變化，而是通過對土壤各物理因素的分析，從而得到凍土對地下水的影響。

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： P641.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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量地下水位試驗來的出結(jié)論，而是通過對地下水勢、土壤溫度、土壤含水量周期觀測及土壤入滲試驗，綜合其他相關(guān)試驗數(shù)據(jù)及當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料，從而得到試驗的數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線，分析地下水的動態(tài)特征，而后得出結(jié)論[1-6]。

2 凍結(jié)期土壤水分動態(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，大于這個深度范圍，液態(tài)水下滲，本文把這個深度稱為水分零通面（簡稱零通面）[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，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，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)度隨時間有一個峰值，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，由于水分零通面的水勢最大，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)期不會有太大的影響。而地表水入滲和蒸發(fā)據(jù)凍結(jié)情況，對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]通過對大田土壤凍結(jié)過程入滲的試驗，得到穩(wěn)定入滲時間、穩(wěn)定入滲率和累計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，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期，凍結(jié)期供水不足，土壤未達(dá)到飽和，此時土壤具有一定的入滲能力和蒸發(fā)能力[13]。但此時入滲及蒸發(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，所以對地下水位變化影響也不大。

3 凍融期土壤水分動態(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，春季氣溫回升時季節(jié)性凍土開始雙向融化，此時土壤液態(tài)含水量增加，水勢分布發(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，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，到達(dá)不了地下水，地下水位不會發(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，也就會有一定的滲透能力，在整個凍融過程中，融雪水和其他地表水都會下滲，也會引起地下水的變化。

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，水位幾乎不會受到凍融的影響；地下水埋藏小于零通面時，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，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地下水位影響不大。

②凍融期，水勢發(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)

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