土石混合体边坡人工降雨模拟试验研究

降雨入渗是诱发土石混合体边坡失稳的主要因素之一,此类问题一直受到人们的关注,但对此问题的研究不够系统和深入。为了对降雨入渗诱发下土石混合体滑坡的失稳机理有较深的了解及研究边坡性状随时间变化的一些重要特性,在上瑞高速公路贵州段选取了一个典型的土石混合体边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。监测成果表明:降雨入渗影响下土石混合体边坡的滑动变形区为坡面以下0～4 m之间,变形量以坡面最大,从坡面到坡体深部逐渐减小;在实施降雨的前2 h,平均入渗百分率为86%,之后,入渗率由于地表径流的增加而随时间逐渐减少,一段时间(6 h)之后,入渗率降到一个相对稳定值(50%);降雨入渗造成土体中孔隙水压力增加,致使边坡土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水软化而降低,降雨入渗的这一双重效应可能是降雨诱发土石混合体边坡失稳的主要原因之一。

可变雨强的人工降雨模拟装置设计

针对海绵城市研究中的降雨模拟需求,设计一种基于变频器、离心泵、电磁阀、喷头组的人工降雨模拟系统。试验结果显示,降雨强度、均匀性、雨滴直径及分布符合天然降雨特点,模拟性良好。

自然和人工模拟降雨条件下紫色土坡地的磷素迁移

采用人工降雨和自然降雨的方法对紫色土坡地磷素迁移进行比较研究。研究结果表明：紫色土坡地产生地表径流和壤中流两种径流模式，壤中流其径流动态过程受降雨强度和表层作物覆盖度的影响；持续性变化的大雨强更容易引起土壤磷非点源输出，导致水体富营养化；在中到暴雨条件下，壤中流累积迁移流量低于地表径流，差幅决定于土壤表层界面（植被覆盖）特征，地表径流中的磷迁移量是壤中流迁移的3～4倍。

人工模拟降雨条件下灰金竹林地表径流特征研究

为了了解灰金竹林的水土保持效益,选取具有典型代表性的灰金竹林进行了人工模拟降雨实验。以坡耕地为对照,记录产流过程,收集竹林地表径流,并对泥沙含量、含氮量、含磷量等项目进行了测定。实验分析结果表明,在平均降雨强度基本相同,降雨历时接近的条件下,灰金竹林径流系数、平均含沙率、平均含氮量和平均含磷量分别为:0.096 1,0.26%,0.151 6mg/L和0.453 0mg/L;对照坡耕地分别为0.299 0,0.99%,0.198 6mg/L,0.530 4mg/L;说明灰金竹林的水土保持效益显著优于坡耕地。

降雨强度对透水沥青混凝土净污能力影响研究

为定量评估降雨强度对透水沥青混合料净化路面径流能力的影响,基于搭建的足尺道路路面平台设计了5种降雨强度下单、双层透水沥青混凝土的人工降雨模拟试验,测定了流经透水沥青混合料前后模拟径流雨水的代表性污染物浓度。结果表明:透水沥青混凝土能有效净化径流污染,且双层透水沥青混凝土的污染净化能力显著优于单层透水沥青混凝土,对悬浮物(SS)、总磷化合物(TP)、重金属锌(Zn)、重金属铅(Pb)、总氮化合物(TN)、化学需氧量(COD)的去除率分别达到80.25%、74.13%、70.30%、65.14%、63.75%、61.38%;随着降雨强度的增大,透水沥青混凝土对径流污染物的净化能力逐渐减弱,通过分析层数、降雨强度对透水沥青混凝土污染物净化率的影响,提出了层系数α和雨强折减系数β,可以通过人工降雨模拟试验结果推算一定降雨强度下实际透水沥青混凝土路面的污染物净化能力,为透水沥青混凝土路面的量化环境评价提供依据。

高精度风雨模拟环境下拉索风雨激振试验研究新发现

拉索风雨激振是一种在风雨共同作用下发生的拉索大幅低频振动,现有人工降雨风雨激振试验无法准确模拟自然降雨的多种特性,难于实时再现风雨介质耦合环境拉索气动失稳现象。开发高精度人工降雨模拟装置,可对降雨强度进行精细连续调节,较为准确模拟雨滴大小、能量、均匀度等自然降雨的特性,合理地再现风雨联合作用条件下拉索风雨激振过程;系统研究风速、雨量以及风雨联合作用对拉索风雨激振的影响,揭示了拉索在低风速大雨量、高风速小雨量时,风雨激振发生规律和特点。

坡面水分和养分渗透模拟研究

利用室内人工降雨模拟装置,通过坡面小区试验,初步分析了黄绵土坡面上水分和养分的渗透规律。结果表明:由坡顶到坡脚,水分入渗深度和入渗量均增加,即坡脚水分含量高于坡顶;不同的养分其渗透能力有所差别,很容易在某一层富集,硝态氮入渗快、数量多,速效钾入渗慢、数量少;硝态氮迁移受水分运动影响明显,而速效钾受水分运动影响较小。

莫高窟壁画劣化与降雨入渗关系的试验研究

为了制定措施防范大气降水对壁画造成破坏性影响,通过在洞窟顶部覆盖层开展人工降雨模拟试验,调查分析降雨入渗与壁画病害演化之间的关系.结果表明,洞窟顶部平台区和缓坡区径流系数均较小,降雨入渗量远大于产流量,雨水以水汽的形式沿优先通道入渗,是激活壁画病害发生和发展的主要原因.顶部覆盖层薄,围岩中存在贯穿裂隙的洞窟最容易受到降雨入渗的侵害,应将其作为壁画劣化的重点防范对象.

黄土斜坡降雨测试分析

为了对关中地区降雨型黄土斜坡失稳特征有较深入认识,在户县牛角沟进行现场人工降雨试验。测试结果表明,在人工降雨条件下,孔压和坡面位移受降雨强度和土层深度的影响。经日降雨量为260mm/d,持续7天的降雨后,孔压最大影响深度分别为2.0m,在这一深度内孔压和含水率迅速增加,致使坡体强度迅速降低,软化坡脚;坡体由表及里形成渐进式滑移破坏,坡脚处最大位移为45.85mm。

典型喀斯特坡面产流过程试验研究

通过人工降雨模拟典型喀斯特裸坡面径流过程试验研究,结果表明:在相同坡度和基岩裸露率的喀斯特地表、地下双层空间开放水文系统条件下,不同降雨强度和地下孔裂隙度的地表、地下径流分配呈负相关并具有临界点和交叉平衡点;二者随降雨过程的变化具有同步性;与降雨强度、地下孔裂隙度和降雨历时呈多元线性相关,相关程度分别是降雨强度>地下孔裂隙度>降雨历时,其中地表径流与降雨强度及降雨历时呈正相关,与地下孔裂隙度呈负相关,地下径流与降雨强度及地下孔裂隙度呈正相关,与降雨历时呈负相关。

喀斯特坡耕地产流特征及影响因素

选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,以黄壤为试验土壤,通过人工降雨模拟喀斯特坡耕地坡面产流过程,探索其特征及影响因素。结果表明:(1)地表径流与降雨强度的变化呈极显著正相关关系,与地下孔(裂)隙度、岩石裸露率的变化均呈负相关;地下孔(裂)隙流与降雨强度、地下孔(裂)隙度及岩石裸露率的变化均呈正相关,但其相关性均较弱。随着坡度的增大,地表产流量呈先增大后减小,而地下孔(裂)隙流则表现为持续减小。(2)岩石裸露率、降雨强度、坡度和地下孔(裂)隙度等因子对地表径流的影响程度依次是降雨强度>坡度>地下孔(裂)隙度>岩石裸露率,其对地下径流的影响程度依次是坡度>降雨强度>地下孔(裂)隙度>岩石裸露率。(3)地表径流率随时间的变化总体特征为先迅速增大,然后缓慢减小,最后在50～60min以后趋于稳定,地下径流率总体呈现出随降雨历时增长而减小的趋势,但不同变化因素水平下地表及地下径流率随时间的变化差异都较大。

高速公路边坡水土流失机理与养护管理研究

对重庆市梁忠高速公路填方路基边坡土壤开展室内模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下坡面产流和产沙的规律;结果表明:在0.6 mm/min、0.9 mm/min、1.2 mm/min降雨强度条件下,起始产流时间随坡度呈减小趋势,当土体坡度一定时,起始产流时间不断减小,地表径流强度随着降雨强度的增大而增大;当降雨强度一定时,土体的起始产流时间随土体坡度增大逐渐减小,从而反映出地表径流强度不断增大;降雨强度对土壤侵蚀的临界坡度有一定影响,但两者具体变化关系需进一步研究。另外,通过高速公路边坡水土流失机理进行了研究,展开了高速公路边坡水土流失主要诱因分析,提出了科学的高边坡的养护管理措施。

龙寺水土保持科技示范园区

龙寺水土保持科技示范园区所在的龙寺生态园,为国家AAA级景区、全国五星级休闲农业与乡村旅游企业、全国农业旅游示范点,2020年被水利部评为国家水土保持科技示范园。园区占地170 hm^2,山水相依,沟塘相连,植被茂盛,景观多样,生态良好,环境优美。园区建设基于龙寺生态园自然条件,坚持园林景观理念,充分运用景观生态学、园林生态学原理和系统工程方法,科学规划,精心建设多种水土保持措施,配套建设有展馆、现场演示教育、植物认知、水保知识长廊、人工降雨模拟展示等科普设施,探索具有太湖丘陵区特色的水土保持技术体系与治理模式,现已成为集水土保持治理和社会宣传、科学研究与普及、示范推广与休闲观光于一体的国家级水土保持科技示范园区,是无锡水土保持科普工作的重点基地。