土石山区山坡降雨入渗产流模型

在分析土石山区下垫面特性的基础上,引入碎石体积比例系数量化土壤中碎石对入渗的影响,并考虑山坡基岩凹凸面及封闭裂隙储留,构建了一种包括植被截留、洼地储留、土壤入渗、壤中流、基岩凹凸面及封闭裂隙储留等计算模块的土石山区山坡降雨入渗产流模型;采用径流小区天然降雨产汇流试验对模型进行验证,并与现有山坡降雨入渗产流模型的模拟结果进行了对比分析。结果表明:与现有模型相比,构建的入渗产流模型可以较好地模拟地表径流强度和土壤入渗率,实测值与模型模拟值较为吻合;暴雨期土壤入渗率的模拟值远小于实测值,可能原因在于该模型忽略了碎石与土壤的直接接触面间可能形成的水流快速通道,未考虑土石山区山坡土壤层和基岩层中可能存在的优先流,模型尚需进一步完善和改进。

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。

基于辽西小流域模拟降雨入渗产流特征研究

本文采取人工模拟和自然降雨两种形式进行了小流域的入渗产流试验,分别对坡耕地、林地、草地和裸地的降雨入渗产流的特征进行了系统研究,并利用Philip入渗理论和逐步线性回归基本方法对试验结果进行处理,建立了入渗产流及相关因子数学方程。结果表明:相对于裸地,林地和草地具有更明显的拦蓄径流和减少土壤侵蚀的作用,地表径流和拦蓄泥沙效率分别增加了36.20%、86.70%和44.50%、81.40%;降雨强度、土壤孔隙率、植被覆盖率、地下坡度及土壤初始含水量是影响小流域产流系数的关键性因素。本文揭示的辽西小流域的入渗产流变化特征,可为其他小流域的降雨径流蓄积利用和水环境生态治理提供决策依据和理论支撑。

膨胀性土壤降雨入渗产流模型

膨胀性土壤吸水会发生膨胀变形,这对降雨入渗产流过程有显著影响。本文以Green-Ampt模型为基础,提出了考虑土壤膨胀性的非稳定降雨入渗产流模型(GJGAM)。为量化土壤膨胀性对降雨入渗产流过程的影响,文章引入了考虑土壤膨胀性的土壤饱和导水系数及饱和含水量,并提出了两参数的计算方法。同时,应用GJGAM和传统的不考虑土壤膨胀性模型(TGAM)分别模拟了径流强度和土壤累计入渗量的室内试验过程,并与试验观测值进行了对比分析。结果表明:利用GJGAM模拟得到的土壤累计入渗量和径流强度与其实测结果吻合良好,而TGAM模拟得到的土壤累计入渗量大于实测值,而径流强度小于实测值。

空气阻力影响下的分层土壤非稳定降雨入渗产流模型

降雨或灌溉期内,土壤内的空气很难及时全部排出。禁锢在土壤中的空气产生的压力阻碍了土壤水分入渗。针对空气阻力对土壤入渗过程的影响,对Green-Ampt模型进行了改进,提出了非稳定降雨条件下考虑空气阻力作用的分层土壤降雨入渗产流模型(MGAM)。模型中,引入了饱和度系数(Sa)量化入渗水分剖面滞留空气影响下的实际导水系数和实际含水量,引入进水值(hwb)和进气值(hab)量化湿润锋处实际负压水头,并提出由土壤物理性质估算饱和度系数(Sa)、进水值(hwb)和进气值(hab)的参数化方案。为了验证模型适用性,采用MGAM模型模拟分析了室内开展的空气限制条件下的分层土壤非稳定降雨一维入渗产流试验观测成果,包括土壤水分分布特征、土壤累计入渗量和径流强度,并将模型模拟值与试验观测值,以及传统不考虑空气阻力TGAM模型(Traditional Green-Ampt Model)模拟值进行了对比分析,结果表明MGAM模型模拟的土壤累计入渗量、土壤含水量和径流强度均与实测结果吻合良好,而TGAM模型模拟土壤累计入渗量、土壤含水量均大于实测值,而径流强度小于实测值。

三峡库区滑坡土体降雨产流及入渗试验研究

三峡库区滑坡地质灾害数量众多,主要诱因为降雨。以该地区具有代表性的土质滑坡土体为对象,综合考虑了三峡库区1971年至2003年的230次滑坡地质灾害与降雨因素之间的关系,进行了室内降雨模型试验的设计,以探究其降雨产流及入渗规律。通过对试验结果的综合分析及比较,揭示了相应试验工况下的降雨产流及饱和-非饱和-非稳定入渗规律、地表冲刷及裂缝发育情况,同时也分析了降雨强度、前期累计降雨量及坡角三个因子对降雨过程中的坡面产流及入渗的影响。

坡地土壤降雨入渗试验装置研究

分析了目前土壤入渗试验装置的优缺点，研制了一套适用于野外坡地土壤入渗产流的试验装置，该装置模拟雨强谱宽广（０．４～１０ｍｍ／ｍｉｎ），精度较高，重复性好，误差不大于５．５％。

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.

考虑空气阻力作用的分层土壤降雨入渗模型

基于室内试验资料,建立了非稳定降雨条件下考虑空气阻力作用的Green-Ampt模型(Modified Green-Ampt Model,MGAM),其包括非稳定降雨条件下土壤积水入渗过程和非积水入渗过程、湿润锋运移过程、积水入渗状态和非积水入渗状态相互转化过程。为了量化空气阻力作用影响程度,引入了饱和度系数Sa,并提出饱和度系数计算方法。同时应用MGAM和传统的Green-Ampt模型(Tranditional Green-Ampt Model,TGAM)模拟了径流强度、土壤累计入渗量和土壤剖面含水量,并和实测值进行了对比分析。结果表明:MGAM模型模拟的土壤累计入渗量、土壤含水量和径流强度均与实测结果吻合良好,而TGAM模型模拟土壤累计入渗量、剖面含水量均大于实测值,而径流强度小于实测值。

考虑空气阻力影响的流域水文过程模拟研究

降雨入渗时,部分空气会被禁锢在土壤中,影响水分下渗。目前分布式水文模型构建过程中,尚未考虑空气阻力对降雨入渗的影响,这制约着模型的适用性。论文基于Green-Ampt模型,引入土壤含水量饱和度系数、土壤导水系数饱和度系数、土壤进气值和土壤进水值4个参数量化空气阻力影响,改进分布式水文模型WEP-L模型。最后,选择清水河流域和柳江流域进行实例研究,检验WEP-L模型的改进效果。结果表明:与传统WEP-L模型相比,改进的WEP-L模型在清水河流域(面积较小)应用时可显著提高流域水文过程模拟精度,尤其是在暴雨洪水期,日径流模拟相对误差由40.57%降低到9.43%,Nash效率系数由-0.24提高到0.57。而在柳江流域(面积较大)应用时,模型改进后模拟效果虽有所改善,但不够显著。