长春季节冻土水热迁移的数值模拟与规律研究

本文主要探讨了长春地区季节性冻土中地下水的水热迁移规律。研究团队在实地进行了为期五个月的现场观测，包括测量冻土深度、含水量以及地温，这些数据对于理解季节性冻土的特性至关重要。他们还进行了室内实验研究，通过实验数据验证理论模型，以揭示水分在冻结和融化过程中如何受到温度变化的影响。 研究发现，导热系数随温度降低而略有增加，但是这种增率非常小，仅约为温度每变化1℃时导热系数变化的1%。这表明，在计算过程中，可以忽略温度变化对导热系数的显著影响，因为其影响相对微乎其微。然而，为了确保数值模拟的精度和稳定性，研究者提出了在模拟过程中加入过渡函数的策略，以防止出现数值模拟过程中的不收敛问题，即模拟结果无法达到稳定状态。 本文所采用的关键技术是水热耦合的数值模拟方法，利用了有限元分析技术，结合了Harlan模型。有限元法是一种常用的方法，它将复杂的问题分解为许多简单的单元，便于处理复杂的物理场问题。Harlan模型则提供了一个用于预测土壤中水热传输行为的框架，有助于理解和预测冻土区的水文过程。 这项研究的结果对于理解和预测季节性冻土区域的地下水动态具有重要意义，不仅为冻土区的工程设计提供了重要的理论依据，而且对冻土区的环境管理、资源开发以及气候变化响应等方面也有着实际应用价值。通过改进的数值模拟方法，研究人员得以更准确地模拟冻土中的水热迁移，从而为相关领域的实践工作提供科学指导。