内蒙古灌区节水改造综合技术试验研究：渠道冻结规律及特征

（一）冻结变化规律

图3-10为永刚分干渠和西济支渠在天然冻结条件下，无措施衬砌渠道基土季节冻融过程线，即冻结或融化锋面过程，在冻结过程中两种走向渠道天然冻结发展过程基本相同，可分为不稳定冻结阶段、缓慢冻结阶段、快速冻结阶段、拟稳定阶段及回融阶段。由于渠道的走向及坡向不同，各阶段出现和结束的时间也不同。不稳定冻结阶段：阴坡11月中旬～11月中、下旬，阳坡11月中旬至12月中旬，阳坡比阴坡发展减缓15d 左右，此阶段气温昼夜正负波动，土层发生融冻变化，水—冰和冰—水的交替相变作用缓解了冻深进程。缓慢冻结阶段：此阶段始进入稳定冻结阶段，冻结速率较小，冻深发展缓慢，在阳坡表现得比较明显。快速冻结阶段：此阶段气温下降快，冻结速率较大，阴坡在11月中下旬至2月上旬，历时80d 左右，阳坡在12月中旬～2月上旬，历时45d 左右，快速冻结期阳坡比阴坡短35d 左右，使得阴、阳坡冻结深度产生了明显的差别。拟稳定阶段：由于上下边界热流作用处于动平衡状态，冻结速率较小，冻深缓慢达到最大值，阴、阳坡2月中旬～2月下旬冻深达到最大值，阴坡下部稳定冻结持续2 个月之久，阳坡拟稳定冻结期很短，只有15d 左右，即开始回融。回融阶段：在3月上旬地表温度回升到0 ℃以上，各层基土地温逐步提高，上表层基土开始融化，同时阳坡在地中热流的影响下冻深由下向上消融，形成双向融化，永刚分干渠和西济支渠阳坡融化期分别在15～30d左右，至3月中下旬融通，而阴坡冻深由下向上的消融在4月中下旬，由于阴坡冻层冻结温度较低，正积温较小，融化期在60～65d 左右，至5月上旬融通，比阳坡融通时间滞后30～45d 左右。

（二）冻结特征

1999～2002年永刚分干渠和西济支渠衬砌渠道天然冻结试验观测成果表明：在内蒙古自治区自然条件下，东西走向与南北走向渠道有温度差异。永刚分干渠为东西走向，季节冻结最大冻深为123～128cm。西济支渠为南北走向渠道，季节冻结最大冻深为96～104cm。不同走向的渠道对比段阴、阳坡的上、中、下各部位（不同地下水位埋深）的冻深值见表3-6。

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从观测成果分析：永刚分干渠为东西走向，形成南北阴、阳坡温度反差较大，阴、阳坡面冻深有明显差异，在对比段阴、阳坡上、中、下各部位冻深在三个冻融周期平均分别相差69.7cm、78.0cm、44.0cm；西济支渠为南北走向，由于阴、阳坡温度反差较小，其阴、阳坡冻深差值也较小，在对比段上、中、下各部位阴、阳坡最大冻深在三个冻融周期平均分别相差24.3cm、35.3cm、30.4cm。

表3-6　永刚分干渠、西济支渠对比段冻深特征值　（单位：cm）

注　表中冻深值均以衬砌渠道的表面为基准。