科研進展
凍土未凍水形成機制和建模研究獲新進展
凍土中的未凍水變化是土體水-熱-力耦合過程的重要內(nèi)容?，F(xiàn)有的未凍水理論模型主要基于土水勢理論，其表征基質(zhì)勢、含水量關(guān)系的土水特征曲線存在顯著個體差異，且缺乏以土壤物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的參數(shù)化方案，制約了未凍水模型的參數(shù)化與推廣應(yīng)用。
中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團隊對凍土未凍水（主要是結(jié)合水）與電解質(zhì)溶液進行了同源性研究。結(jié)果表明，凍土中復(fù)雜的相變過程與“鹽水冰點低于0℃”“公路撒鹽除冰”等日?，F(xiàn)象具有相同的理化機制。
研究通過將電解質(zhì)溶液相變機制與雙電層理論相結(jié)合，構(gòu)建了凍土未凍水理論模型，定量刻畫了土壤鹽分（溶液濃度、溶質(zhì)種類及比例）、表面電荷密度、溫度以及土壤類型（比表面積）等因素對未凍水含量的影響，克服了傳統(tǒng)土水勢模型難以實現(xiàn)物理參數(shù)化的固有局限。
此外，研究推導(dǎo)出三種不同形式的未凍水模型表達式，不僅在統(tǒng)一的理論框架下涵蓋了十余種半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，而且為這些半經(jīng)驗公式提供了清晰的物理機制和參數(shù)對應(yīng)關(guān)系，有助于厘清不同模型之間的差異及其適用條件，降低模型選擇和參數(shù)標定的不確定性，為凍土水–熱–力耦合數(shù)學模型中水-冰相變過程提供了參數(shù)化基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以Parameterized modeling of unfrozen water in frozen soil based on the freezing characteristics of multicomponent cation solutions and the electrical double‐layer theory of clay colloids為題，發(fā)表于國際權(quán)威期刊Water Resources Research。西北研究院高曉清研究員為第一作者，靳瀟助理研究員為通訊作者。研究得到中國科學院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項、國家自然科學基金等的資助。
論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2025WR040886
結(jié)合水和毛細水成賦存形態(tài)和形成機制示意圖
