考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型

为解决定量评估干缩裂隙优势流的难题,基于双孔隙域入渗理论,将开裂土体分为裂隙两侧基质域、裂隙底部基质域与裂隙域三部分,结合Green-Ampt入渗模型,提出了一种考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型,并基于该模型探讨了降雨强度、裂隙初始面积率及裂隙深度对土体两域积水时间、优势流入渗量及入渗深度的影响规律。结果表明:干缩裂隙产生的优势流入渗量占总降水量的73.4%~91.4%,入渗深度为裂隙深度的3.1~7.2倍;降雨强度增大将缩短土体基质域积水时间,增大优势流入渗深度;降雨过程中干缩裂隙面积率减小使优势流入渗量减小;裂隙初始面积率增大使两侧基质域入渗量减小,优势流入渗量增大但入渗深度减小;裂隙深度增大使裂隙域积水时间延后,优势流入渗深度增大;模型计算结果与干缩裂隙实际入渗规律相符,同时避免了为裂隙域赋水力学参数带来的误差与不便。

Green-Ampt模型与Philip入渗模型的对比分析

土壤入渗是田间水循环的重要组成部分 ,国内外学者提出了具有不同特点和用途的入渗模型。该文通过对比分析了具有明确物理意义的 Philip入渗模型和 Green- Am pt入渗模型 ,建立了两模型参数间的内在关系 ,并利用一维垂直入渗实验资料对理论关系进行了比较。发现 Philip入渗模型对参数精度要求较高 ,而 Green-

基于改进Green-Ampt入渗模型的边坡极端降雨阈值确定

为了获得在极端降雨情况下与实际工况相符合的高液限土边坡抗滑稳定性情况,有必要开展极端降雨、高温对边坡稳定性影响的研究。以广东省惠州地区的气象及自然灾害数据为基础,在对不同年份降雨及高温进行分析的基础上,引入吸力水头改进了Green-Ampt入渗模型,得到了斜坡在不同单位降雨量上的极端降雨阈值。研究结果表明:边坡稳定性与连续降雨天数及降雨量有很大关系,在长期小雨的情况下边坡也会达到极端降雨阈值,在降雨量较大的情况下以临界降雨阈值作为极端降雨阈值更合适。该研究对于雨季边坡稳定性分析及灾害防治具有重要意义。

土壤入渗模型参数的多元线性预测模型精度的对比分析

基于黄土高原大田耕作土壤的入渗试验数据,利用多元线性回归法建立了Kostiakov二参数、三参数以及Philip入渗模型参数的线性预测模型,进行了3种模型参数平均误差的比较以及给定时间的累积入渗量误差的比较,提出了便于应用又具有较高精度的土壤水分入渗参数多元线性预报模型。结果表明,Kostiakov二参数模型的平均误差低于三参数入渗模型和Philip入渗模型,能将平均误差控制在15%以下,低于其他2种入渗模型。因此用Kostiakov二参数入渗模型对土壤水分入渗能力进行预测较好。

三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究

传统的入渗模型未考虑坡角和降雨强度对滑坡入渗过程的影响,为了更好地描述黄土坡滑坡降雨入渗过程,在GreenAmpt入渗模型的基础上推导了考虑坡体倾角和小降雨强度影响的降雨入渗模型。为了获取改进的入渗模型参数,在黄土坡滑坡1#崩滑体上进行了双环渗透试验与降雨、土的含水率和基质吸力现场监测。结果表明,黄土坡滑坡1#崩滑体饱和渗透系数为4.81×10-5 m/s;降雨时体积含水率增加,降雨停止后体积含水率降低,深部表现出一定的滞后特性;基质吸力变化趋势与体积含水率相反,降雨使其减小,降雨停止后逐渐增大。通过双环渗透试验与现场监测,获取了黄土坡滑坡降雨入渗模型参数值。将入渗模型计算值与现场监测数据进行对比,该模型计算值与现场监测数据吻合,说明该降雨入渗模型可用于黄土坡滑坡降雨入渗分析。

沟灌土壤水分运动数值模拟与入渗模型

为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程。用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快。以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型。

基于图形特征的Green-Ampt入渗模型关键参数S_f和K_s的简化求解

Green—Ampt入渗模型应用广泛，是模拟坡面降雨入渗、产流过程常用的手段，湿润锋平均基质吸力S和表征导水率K是模型中的关键参数。对地表积水入渗过程中湿润区内平均含水率增量△θ（t）进行了定义，对烟台棕壤土积水入渗试验分析表明，在入渗过程中△θ（t）为一常量0．34。根据水量平衡原理得到了Greer-Ampt入渗模型中概化湿润锋磊和实际湿润锋Z^αf的定量关系，并通过对Green．Ampt入渗模型的分析，提出了利用i（t）～I（t）或i（t）-Z^αf之间图形特征关系来确定湿润锋平均基质吸力Sf，和表征导水率Ks的方法。同实测资料相比，利用基于i（t）-I（t）和i（t）-Z^αf图形关系所获Sf和Ks预测的累计入渗量和湿润锋精度较高，整体相对误差小于6％。

残膜对土壤水分入渗的影响及入渗模型适用性分析

为研究不同残膜量对土壤水分入渗的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了滴灌条件下6个残膜添加量(0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2)处理分别对土壤入渗率、湿润锋运移距离及水分分布的影响,比较了Kostiakov模型、Philip模型和Green-Ampt模型对含残膜土壤水分入渗过程的适用性。结果表明,残膜延长了土壤水分入渗时间,入渗至45 cm土层深度时入渗历时随残膜量增加而增大;入渗一定时间,含残膜的入渗曲线与无残膜曲线分离,分离时间随残膜量增加而提前,分离时间与残膜量之间呈对数函数减小;Kostiakov模型更适合模拟含残膜土壤的入渗过程;湿润锋运移距离与入渗时间呈幂函数增长关系,但湿润锋运移距离随残膜量增加而递减;随残膜量增加,作物适宜生长区和水分分布重心逐渐上移。残膜对土壤水分入渗有较大不利影响,其影响程度随残膜量增加而增大。

考虑裂隙非饱和膨胀土边坡入渗模型与数值模拟

包含裂隙的非饱和膨胀土中的渗流具有随时间变化的特性。采用常规试验测定非饱和膨胀土膨胀时程曲线,定量地描述了膨胀土中裂隙在入渗过程中逐渐愈合的特征, 建立了考虑裂隙的非饱和膨胀土边坡入渗的数学模型;用有限元数值模拟方法分析了边坡地形、裂隙位置、裂隙开展深度及裂隙渗透特性等对边坡降雨入渗的影响。结果表明, 坡上位置的裂隙对边坡入渗影响较大;裂隙对边坡入渗的影响随裂隙深度的增大而增大,且存在一最大的影响程度;裂隙的存在加快了膨胀土的入渗速率;考虑裂隙随入渗而愈合时, 入渗达到平衡的时间有所延长。

人工林地浑水入渗性能与通用入渗模型

采用双环法 ,通过 130场田间的浑水与清水入渗对比试验 ,对两种土壤质地的刺槐、侧柏人工林地的浑水入渗性能进行了研究。结果表明 ,含沙径流——浑水可显著削弱人工林地土壤的入渗性能 ,降低天然降水与土壤水的转换能力及人工林涵养水源的作用 ,其削减能力随着入渗水流含沙量、泥沙中小于 0 .0 1mm物理性粘粒含量的增加或入渗历时的延长而增大 ,并受到土壤质地的强烈影响。在土壤质地相同条件下 ,人工林地浑水的入渗能力随人工林树种的不同而异。刺槐林地土壤入渗能力大于侧柏林地 ;与相同立地退耕还林后仅 1a的新造林地相比较 ,退耕还林后 13a生的侧柏林地 ,土壤浑水入渗和清水入渗能力均减小 ;但退耕还林后 13a生的刺槐林地 ,清水入渗能力明显增强 ,浑水入渗能力因入渗水流特性不同而异。通过 L evenberg-Marquardt非线性参数拟合 ,求得了两种土壤质地条件下 ,3种林分积水型浑水与清水入渗的通用模型。该模型既可用于清水入渗预报 。

基于Green-Ampt模型的变水头积水入渗模型建立及其参数求解

通过对变水头积水入渗物理机制的分析,将入渗水头对入渗的影响归结为对表面饱和导水率的影响,基于Green-Ampt入渗模型,引用了湿润区的平均含水率的概念,并考虑了湿润区平均含水率随入渗时间的变化,建立了具有物理意义的3种变水头积水入渗模型,分析了利用入渗率-累积入渗量及入渗率-真实湿润锋图形获得模型参数的求解方法。通过室内试验,得到了湿润区的平均含水率与入渗时间之间呈乘幂函数变化的规律。利用实测资料对模型及其参数求解的方法进行检验,结果表明所建立的3种模型是正确的,求解参数的方法合理。

城市绿地土壤入渗模型及参数确定

采用降雨径流法和正交实验L9(34)获得了天津中心城区绿地土壤入渗曲线,选取Kostiakov模型、Kostiakov-Lewis模型、Philip模型、Horton模型、Collis-George模型对土壤入渗过程进行描述,利用粒子群算法确定模型参数,使用剩余平方和对模型进行评价。结果表明,Horton模型较常用的Kostiakov模型更好地描述了天津中心城区绿地土壤入渗特性,Philip模型效果最差。进一步利用4次野外实验验证了Horton模型的准确性,预测值与实测值的决定系数高于0.986。

充分供水条件下多因子点源入渗模型研究

利用室内充分供水单点源入渗试验资料 ,分析了膜孔灌入渗特性及其影响因素 ,提出了包括土壤质地、膜孔面积和土壤初始含水量在内的充分供水单点源入渗模型 ,并提出了模型参数的确定方法。实例计算表明 。

浑水间歇入渗模型研究

本文在分析总结清水波涌灌间歇入渗数学模型研究成果的基础上，针对浑水波涌灌特点，根据不同的已知资料，提出了相应的３个浑水间歇入渗数学模型，经实测资料验证表明，这３个模型均为计算浑水间歇入渗量的有效模型，这一研究成果为浑水波涌灌技术研究奠定了基础．

基于Mein-Larson入渗模型的浅层降雨滑坡稳定性研究

降雨入渗模型与边坡稳定性方法有机结合是研究降雨诱发滑坡稳定性的有效方法。在深入分析降雨入渗基本理论的基础上,将Mein-Larson入渗模型与基于饱和土、非饱和土以及近似非饱和土的无限边坡稳定性分析方法有机结合,综合考虑了高强度短历时和低强度长历时两种降雨情形,拓展并改进了基于Green-Ampt入渗模型的饱和土和近似非饱和土无限边坡稳定性模型,并依托典型边坡实例对各评价模型的计算结果和适用性等进行了对比分析。

具有砂质夹层的土壤连续函数入渗模型

实验研究表明,在具有砂质夹层土壤的积水入渗过程中,其累积入渗量随时间的变化存在着由非线性入渗关系逐渐转入线性稳定入渗的两个阶段。在已有的研究成果中,对此入渗过程大多采用以进入稳渗阶段的时间为界,分段对其进行数学模拟。本文提出将地表入渗通量随时间的变化视为两部分入渗过程叠加的思路,即一部分视为稳定入渗,其稳渗率与转入稳渗阶段后的量值相等;另一部分视为满足上层土体储水需求的非稳定入渗,其入渗率为入渗时间的函数,并在整个入渗过程进入稳定入渗阶段时,其量值趋近于零。在此思路与假设前提下,对具有砂质夹层土壤的入渗过程建立一个完整的连续函数入渗模型。该模型经实测资料验证,不仅更能符合具有砂质夹层土壤的入渗客观规律,而且具有较好的计算精度。

非充分供水土壤水分入渗模型的试验研究

基于均质土壤的非充分供水入渗试验数据,通过回归分析的方法,分析讨论了Kostiakov二参数模型、三参数模型、Horton模型和Philip模型,对非充分供水条件下土壤控制阶段入渗过程的适用性。结果表明:Kostiak-ov二参数模型、三参数和Philip模型的显著性和相关性都较高;综合考虑Kostiakov三参数模型的显著性、相关性以及回归参数与实际入渗过程边界值的吻合性,认为用Kostiakov三参数模型描述土壤入渗能力控制阶段入渗特性效果最好。

淡水入渗模型对咸水入渗过程的适用性

由于咸水中含有各种盐分离子,当咸水进入土壤后,会引起土壤物理特性改变,从而影响土壤的入渗特性.为了分析单因素对土壤入渗能力的影响,在中国科学院南皮生态农业试验站进行了不同矿化度和钠吸附比(SAR)的咸水一维垂直积水入渗试验.结果表明:咸水的土壤表征饱和导水率在2.99 g/L时存在突变现象,并达到最大值;当矿化度为3 g/L,而SAR不同的水入渗时,SAR在8.15(mmol/L)1/2时,饱和导水率达到最大值;当SAR大于8.15(mmol/L)1/2时,饱和导水率呈下降趋势.利用Green-Ampt模型及一维代数入渗模型,对试验结果进行对比分析,结果表明两种模型都可以描述咸水入渗特征,但相关参数具有不同于淡水的变化特征.通过对累积入渗量的理论值与实测值的分析得知,长历时入渗的情况下,Green-Ampt模型较精确;在短历时入渗情况下,一维代数入渗模型较精确.

基于指数型的浅层滑坡非积水降雨入渗模型研究

降雨诱发浅层滑坡稳定性评价的前提是计算边坡的湿润锋深度,目前较为常用的计算方法是基于改进的Mein-Larson降雨入渗模型,但该模型假定斜坡土体初始含水率均匀分布,实际上斜坡土体初始含水率分布是不均匀的,其表现出越靠近地下水位土体含水率越高的规律。为了体现这一实际情况,提出一种指数型的土体初始含水率分布函数,对传统的非积水降雨入渗模型进行了改进,并通过有限元数值分析对土体初始含水率分布函数和改进的模型进行了验证。结果表明:模型计算解与数值解较为接近,说明改进的非积水降雨入渗模型具有一定的适用性。