首先来看沼泽地积水。在多年冻土区沼泽发育地段,在莎草丘之间或与苔藓丘之间常有不同程度的积水,由几厘米宽的裂隙中积水到1.5米×2.0米大小的片状积水,它们似连通但又有独立性,形成一种独特的沼泽水被,是使沼泽地地温降低和融深减少的冷却因素。如1990年8月初在大兴安岭阿木尔北沟曾测得水深为3~10厘米不等,水下土层融深比苔藓层下和莎草丘(俗称塔头墩子)间无水处要浅几厘米至33厘米;以10~20厘米居多。在同一沟谷中的小溪(最宽处3~5米,深0.3~1.0米)旁情况则不同。在同一时间里,溪边融深(在5月底后)比邻近的塔头--苔藓沼泽地要深2~3厘米至10~20厘米不等。可见,在夏季这样的小溪已是升高地温和增加融深的升温因素了。上述浅小静水被的冷却作用和小溪的升温影响在其他冻土区也有所见。
其次,湖塘对冻土的影响,决定于湖的成因、湖的大小(深度、宽度),水存在时间长短、冰厚、水温、矿化度、湖与地下水的水力联系以及当地多年冻土的条件(厚度、温度)等等。以往在这方面的系统研究不够。如青藏高原上湖泊星罗棋布,成因多样,大小、深浅不一,含盐量不同,尚未弄明各种类型湖泊对冻土冻土的影响。铁道部第一设计院曾对楚马尔河高平原上的两个浅湖塘做过钻控和测温。1号湖塘常年有水,湖面宽30~80米,湖边缘水深仅几厘米至40~50厘米,湖中心约0.6~2.3米,湖心钻(钻1)至8.1米未见冻土,岸上见有层状构造的多年冻土。测温结果表明湖中心底积层在5~11月间为正温区。考虑湖较小,估计湖下为非贯穿融区。湖底积表层是否产生季节冻结,要看冬季湖冰最大厚度,如果冬季湖冰厚度大于水深,湖底沉积就发生季节冻结,否则,湖底积的温度始终是正的。2号湖塘为季节性积水,湖底和岸边都有多年冻土,但湖底最大季节融化深度比岸边要大2.5~3.5米。可见,湖塘可升高底部沉积物温度是普遍的,季节性湖塘下季节融化深度因而加大,常年有水的湖塘下或形成非贯穿融区或为贯穿融区。
青藏高原盐湖众多,以碳酸盐型和硫酸钠亚型为主,矿化度平均为202 g/L,最高达355 g/L(陈克造等,1981)。据B. A. Kудрявцев(1978)研究,天然盐水在-15~ -20℃时(淡水是在4℃时)密度最大,夏季无对流,热交换仅靠传热,盐湖水无论冬夏均可保持负温,夏季近氏积的湖水温度为-5℃,而冬季到-20℃。由此,盐湖水对底起冷却作用,有利于多年冻土的形成和保持。青藏高原盐湖是否对底积也起冷却作用,尚有待今后工作。
第三,河流对冻土的热影响主要表现在升高土层温度,加大季节融化深度,越接近河床融深越大。与此同时,河流融区内的季节冻结深度则是越接近河床越小。如青藏高原长江河流区的沱沱河融区内(主要在河床和河漫滩地带)发育着季节冻土,年平均地温0.5~1.0℃,向主河道方向升高,而最大季节冻结深度4~6米,越靠近主流线,冻深越小。在沱沱河南岸一级阶地上,多年冻土年平均温度向河床方向略有升高,由-0.3℃至-0.1℃,而最大季节融化深度按此方向由2.5米增至5.5m(邱国庆,1982)。在通天河融区(包括河床、河漫滩及一、二级阶地),年平均地温在融区边缘为0.4℃,靠近河床处升至1.7℃,季节冻结深度相应为6~5米(黄大庭,1986)。由此可见,河流的热影响是明显的。
河流的热影响程度与河水流量、水深、冰厚,冲积砂卵砾石层厚度和渗透性,以及与地下水、构造地热活动等都有密切关系。目前还研究得很少,不过由下面实例可见一斑。如沱沱河最大流量有750 秒/立方米,通天河约450 秒/立方米。河床下砂卵砾石层厚度,沱沱河是3米,通天河1.6~2.3米。但是,通天河融区(宽1.4公里)比沱沱河融区要宽(宽1.1公里)。流量更小的布曲河(150~325 每秒立方米),却形成了宽2公里的融区。据研究(郭东信等,1983;黄大庭,1986),通天河融区和布曲河融区有热泉、温泉成群出露,显示这里融区的形成是河流和构造地热共同作用的结果。与上述河流不同的是楚马尔河和清水河。楚马尔河融区仅局限于靠近北岩的主河道和滩地,宽约50米,在其余浅滩和支流段均有多年冻土。清水河流量小、河床沉积物为亚粘土夹薄层细砂,河床下有多年冻土发育。
第四,季节冻结和融化层与冻结层上水(冲积层水、坡积洪积层水等)之间有着密切的动力联系。主要表现在以下两方面:
其一,冻结层上水的补给延缓上覆土层的季节冻结和融化过程,水的相变形成的“零点幕”较长时间停留在一定深度,致使冻结和融化过程呈阶梯状进展。由图3-18上可见,山坡土层冻结期间,冻结锋面先后在1.65米、2.50米和3.25米三个深度有较长时间的停滞,在最大冻结深度(3.25米)停滞了近三个月时间,季节冻结层一直到7月中才能融完。类似情况在大兴安岭许多河流阶地上也能见到。当冻结层上水不能冻透时,就形成不衔接冻土层。
其二,地下潜水位随土的季节冻结和融化进程而波动。据内蒙古大兴安岭林业勘测设计院在牙克石的观测,一般是地表冻结时,潜水位受冻结层承压作用,随冻深加大而升高,最高水位出现在最大冻结深度到来时。之后,随着冻结层融化,水位有所降低,直至冻结层全部融透。接着在雨季到来时,潜水位才继续升高。冬季,潜水位受上覆土层冻结承压而上升,正是冻胀丘、冰锥等冻土现象产生的直接原因。