在华北大部分地区，冬小麦田及大秋作物地在越冬前一般都要进行冬灌，目的是保证整个越冬期冬小麦需水要求（主要为生态需水）及大秋作物播前有充足底墒。出于对水资源调节、农民灌水习惯和农事劳动力安排等方面的考虑，冬灌在早冬进行的频率较高，像山西省汾河灌区等大中型灌区尤为如此。冬灌后，土壤经历冬春冻融过程。冻融过程中土壤水分的迁移与转化直接影响和控制着冬灌的灌水效果，而这一问题的解决依赖于冻融过程中水热盐耦合迁移问题的研究。
1.冬灌条件下土壤水分变化的数值模拟
在灌水条件下，尽管地表的蒸发仍在继续，但蒸发量相对于地表土壤含水率而言，可以忽略不计。所以在模拟计算过程中假定，灌水过程中土壤水分运动的地表边界不再是蒸发边界，而是已知地表含水率的一类边界条件，即含水率保持不变，为某一接近饱和含水率θs的含水率θ0（取为0.95θs）。用灌水定额控制灌水时间，灌溉结束后，土壤上边界重新转化为蒸发边界。
图6-38表示1995～1996年田间试验中一个冬灌处理在冻融期土壤1 m储水量的变化过程，该试验田于1995年11月25日灌水约85 mm。灌溉后土壤经历了多次日冻融循环过程。从图中来看，储水量的计算值和实测值基本相符。由于灌溉前无降雨，表层土壤含水率很低，在灌水后土壤水分在重力作用下重新分布，迅速向下排泄，所以1 m储水量很快减少，并趋于稳定；然后在冻结作用下，下层水分向上迁移，致使储水量又有所增加；在土壤消融阶段，由于蒸发强度的加大而使储水量逐渐减小。
图6-39表示上述冬灌处理试坑 1 m 深度处土壤水分通量在整个冻融期的变化过程（向上为正）。在灌水后水分很快向下渗漏，1 m深度日渗漏量可达3.4 mm，累积渗漏量最大达到18 mm，这是灌水后1 m储水量很快消退的主要原因。之后，在稳定冻结阶段，部分灌溉水原位冻结，同时在土水势梯度作用下下层水分向上迁移，从而使1m土层累积水分通量增大；在土壤融化阶段，储存在土壤上层的水分向下迁移，补给地下水。
图6-38 冬灌试坑1 m土层储水量的变化
图6-39 冬灌试坑1 m土壤水分通量变化过程
2.冬灌定额对土壤水分变化的影响
为了了解不同灌溉定额下土壤水分迁移规律，对灌溉定额分别为0（不灌）、25 mm、50 mm、75 mm、100 mm情况下的土壤水分变化过程进行了模拟。
图6-40表示不同灌溉定额（0、50 mm、100 mm）下土壤蒸发量的累积过程。在季节性冻融期，地表封冻时间长达80～90天，此阶段大气蒸发能力及土壤的输水能力都相对较低，所以冬季土壤的蒸发能力非常有限。如图6-40 所示，尽管灌溉定额差异较大，但不同灌溉定额下的土壤蒸发量却相差较小，从12月初到次年3月20 日110 天时间内，累积蒸发量最大差值仅约8 mm。因此在水量的分析计算中，可以忽略冬灌定额对土壤蒸发量的影响。
图6-40 不同灌溉定额下土壤累积蒸发量变化过程
图6-41为不同灌溉定额下土壤1 m储水量的变化过程。从其变化规律来看，灌溉定额的影响主要表现在灌水后土壤冻结前的短时间内，灌溉定额越高，储水量变化越大。过了这段时间，不同灌溉定额土壤储水量的变化规律基本一致，即在冻结阶段增大、在消融阶段减少。不同灌溉定额曲线表现为随时间同步增减。
图6-41 不同灌溉定额下土壤1 m储水量变化过程
在冻结期末、返青期初，冬小麦的根系层深度主要发育在30～40 cm范围内，因此土壤表层水分对小麦生长至关重要。图6-42表示从地表到40 cm深度土壤平均体积含水率的变化过程。由图可见，40 cm土壤储水量变化规律与1 m储水量变化趋势基本一致，但其变化幅度相对增大。
土壤水分的运动状况除受冬灌定额影响外，还与冬灌时间有关。图6-43为冻融期相同灌溉定额（50 mm）、不同灌水时间下土壤表层（0～40 mm）及1 m土层储水量的变化。灌水时间分别为11-25和12-05。由于灌水较早的在冻前经历较长时间的土壤水分再分布过程，水分渗漏量相对较大，所以灌水较早的田块初冻及稳冻期表层土壤及1 m土壤储水量均要少于较晚灌水的情况，但在消融期两种情况下土壤墒情相差不大。考虑到早冬季节气温较高，土壤蒸发比较强烈，同时在大中型灌区，大面积的灌溉水下渗使得浅层地下水位上升，引起土壤盐分向上迁移等环境问题，所以冬灌不宜进行过早。
图6-42 不同灌溉定额下0～40 cm土壤平均含水率变化过程
图6-43 冬灌时间对冻融期土壤储水量的影响
3.冬灌的储水作用及灌溉定额的确定
土壤封冻前进行灌溉，与不灌地相比，灌溉水分一方面加大了土壤蒸发，另一方面增加了土壤储水量。根据上述分析，不同的灌水定额下冻融期土壤蒸发总量变化较小。所以，高灌溉定额的水量一部分增加了1 m土层储水量，另外一部分则增加了1 m以下土层的储水量。冬灌后，在冻融期地表蒸发总量的增加占灌水量的比例一般为10%左右；在消融后期0～1 m灌溉土层比不灌地所增加的水量约占灌水量的50%；剩余水量则增加了1 m以下土层的储水量。也就是说，冬灌的水量只有很小一部分消耗于土壤蒸发，而大部分储存于土壤之中，增加了土壤墒情，使得冬小麦在返青期初有较为充足的水分供应。因此冬灌具有明显的储水保墒作用。
图6-44表示冻融期1 m土层水分迁移总量（Q，向上为正）随灌水定额（I）的变化，随着灌溉定额的增加水分迁移量线性减小。在灌水量较小时，Q为正，表明灌溉后水分向下渗透量较小，并且上层土壤得到下层水分补给。随着灌水定额的增大，Q逐渐变小，并由正变负，表明土壤水分由向上迁移变为向下渗漏。当灌溉定额为100 mm时，土壤向下渗漏量可达12 mm。在模拟条件下，1 m深度处水分由上补变为下渗（Q由正变负）时对应的灌水定额I约为64 mm。因此，如果从提高水资源的有效利用率、减少深层渗漏、防止土壤盐渍化的角度考虑，在所模拟的气候和土壤条件下，采用64 mm的冬灌定额是比较适宜的。
图6-44 不同灌溉定额（I）下冻融期1 m土层水分迁移量
在汾河灌区，气候条件客观上决定了每年冬春季节土壤的冻融作用过程。在地下水位埋藏较浅的地区，地下水对冻结土层具有明显的入流补给作用，土壤含水率分布主要取决于地下水的蒸发量。但在地下水位埋藏较深的地区，土壤冻融期间的冻层的水分增量主要来源于冻结层下部的土壤层，也就是说冻结前土壤水分的剖面分布状况是决定播前土壤墒情的主导因素。因此，适时进行冬春灌溉，灌溉后及时采取地面覆盖等保墒措施，可以充分利用土壤的季节性冻融作用对土壤剖面的再分布过程，使土壤在融化后保持较好的墒情。这样既可以满足冬小麦的生长需要，又可保证春播作物的出苗有足够的底墒。同时，对农业水资源综合调节、扩大灌溉面积、提高灌溉效率具有一定的积极作用。
本回答被网友采纳