本論著是國家自然科學基金項目“水分在非飽和凍融土壤中入滲和保持的研究”、山西省水利廳農村科研費資助項目“凍融條件下地面灌溉效果及灌水技術參數研究”以及太原理工大學青年基金項目“季節性凍融過程中土壤水熱耦合遷移的數值模擬及其應用研究”的綜合研究成果。項目選擇山西省汾河灌區為試驗基地，以大量的田間土壤水分入滲和灌水試驗為依據，結合凍融土壤水熱鹽耦合遷移的數值模擬方法，對凍融條件下土壤水分運動規律及其應用進行了系統性研究。主要內容如下。
（1）田間試驗。田間試驗包括入滲試驗、冬灌灌水試驗及土壤水熱鹽遷移試驗。入滲試驗土壤包括3種土壤質地，8種土壤結構。冬灌灌水試驗對1種土壤質地、3種土壤結構進行。所有試驗都在山西省汾河灌區進行，試驗地點分別是山西省中心灌溉試驗站、山西省汾河灌區汾東灌區和山西省汾河灌區三壩灌區。土壤水熱鹽遷移試驗在汾河灌區三壩灌區進行，主要監測自然條件下土壤水分、溫度、鹽分剖面的動態變化。
（2）土壤凍結、融化規律研究。以室內外實驗結果為依據，探討3種土壤質地、5種含水率及含鹽量條件下土壤凍結溫度（冰點）的變化規律，分析凍融過程中土壤的溫度場特征及其影響因素。
（3）凍融土壤水分入滲規律研究。以不同地表處理條件下的系列入滲試驗為依據，對凍融土壤水分入滲的基本特性、阻滲機理、主要影響因素等進行全面分析。
（4）用凍融土壤常規土壤物理參數確定入滲模型參數的方法和模型研究。在對影響凍融土壤入滲特性因素充分分析研究的基礎上，找出影響凍融土壤入滲特性的主導因素，建立用凍融土壤常規土壤參數確定入滲模型參數的經驗模型。
（5）凍融土壤系統水分遷移規律的研究。在分析季節性凍融期雪層及土壤在凍融過程中水分、溫度變化特點及其相互關系的基礎上，分別建立了雪層及凍融土壤介質中水、熱、鹽運動基本微分方程，根據基本方程推導出雪層中的水、熱遷移方程、凍土中的水熱鹽耦合遷移方程及反映負溫下土壤未凍水含水率變化的聯系方程。結合地、氣間水、熱交換數學模型，構成全面描述自然條件下考慮地氣間水熱交換的壹維雪、凍融土壤系統水、熱、鹽耦合遷移數學模型。比較目前常用的數值計算方法，選擇適合於模型求解的隱式有限差分方法，采用Newton-Raphson叠代技術建立了相應的數值模擬模型，並采用室內、外試驗結果對該模型及其計算方法的正確性和可靠性進行檢驗和校正。以山西省汾河灌區為背景，用上述模型研究土壤的季節性凍融過程及凍結規律、凍融過程中土壤含水率的變化規律、不同潛水位條件下土壤水分遷移規律、潛水蒸發規律以及不同初始含水率條件下土壤的儲水保墑規律、凍融期土壤初始含水率、冬灌對土壤墑情的影響。
（6）冬灌地面灌溉過程和技術參數研究。采用冬灌灌水試驗和地面灌溉水流數值模擬相結合的方法，揭示冬灌地面畦灌的灌水過程和灌溉效果特點，建立冬灌灌水技術參數優化模型，並對提高冬灌灌水效果的灌水技術進行研究。