基于水气两相流理论的降雨入渗强度调控方法研究

降雨入渗强度是海绵城市建设中的关键指标,入渗强度受土体渗透性和驱动力的联合控制,但以往多关注前者,而较少研究驱动力的调控方法。因此,结合土柱降雨入渗模型试验和数值模拟,探究孔隙气对雨水入渗的驱动效应。通过对试验模型底部进行抽气、注气调控土体内部气压力,发现雨水入渗强度对孔隙气压力具有显著依赖性;底部注气增压时,气压力梯度与入渗方向相反,阻滞雨水入渗;而抽气减压时,其与入渗方向相同,驱动雨水入渗。通过模拟底边界不同气压条件的入渗过程,发现在抽气减压条件下入渗强度与底边界气压力呈线性关系。因此,改变孔隙气压力能调控雨水入渗,特别是在抽气减压条件下降雨入渗强度明显增大,为海绵城市的建设及城市内涝的治理提供了一种新思路。

改变入渗强度的地下水流模式实验

自Tóth提出地下水流系统理论以来,大多学者基于定水头上边界的解析解或数值模拟研究地下水流系统发育特征,尤其是多级水流系统模式。认为复杂的盆地"地形势"就会发育多级地下水流系统,简单地形发育单一地下水流系统。利用自主研发的地下水流系统砂槽模型进行系列实验发现,实验条件下(模型尺寸、介质和多个河谷不变)水流系统的发育受控于降水入渗强度。得出随着降水入渗强度的增大,水流系统模式由单一的区域水流系统,到复杂的多级次水流系统,再到局部的水流系统的结论;盆地多个势汇中,只有实际成为地下水排泄点的汇势才能影响地下水流系统模式,而其他的势汇只是可能的潜在势汇。实验表明,用定流量上边界(降水入渗强度)能够更好地揭示盆地地下水流系统模式发育与变化机理。

地下水数值模拟分析中降水入渗补给强度及渗透系数不确定性评价

由众多因素造成的地下水数值模拟的不确定性,在很大程度上影响了模拟结果的可靠性,因此分析地下水数值模拟的不确定性十分必要。以假想地下水流问题为例,选择降水入渗补给强度和渗透系数为代表参数,采用蒙特卡洛模拟方法,基于拉丁超立方抽样和替代模型,定量分析了源汇项和水文地质参数不确定性对地下水数值模拟结果的综合影响。结果表明,地下水数值模拟源汇项及水文地质参数的不确定性对模拟结果有较大影响,基于概率统计方法对模拟结果做进一步分析,可有效提高结果的可靠程度;模拟结果的不确定性特征既取决于计算点的空间位置,又与模拟时间有关;借助替代模型进行基于蒙特卡洛模拟的不确定性分析,有效节省了计算成本,具有较大的发展潜力。

沟灌条件下层状土壤入渗与排水实验研究

利用室内土槽对沟灌条件下层状土壤的入渗与排水特性进行了实验研究。研究结果表明,土壤的分层性状及分层土壤的分布形状对土壤水分的入渗和排水都产生一定的影响。土壤层间界面对土壤水分湿润锋的传播产生一定的阻碍作用;由于土槽中分层土壤的水平分布不同,相对于南侧,北侧由于土壤较密实,测压管水头变化慢、入渗慢,持水能力较大,排水强度也较小。实验条件下,北侧稳定排水强度为0.021 L/min,南侧稳定排水强度为0.030 L/min。

土体初始饱和度对降雨入渗的影响

基于水、气两相流理论,采用有限单元法计算了壤土在不同饱和度下的降雨入渗过程,以研究初始饱和度变化对降雨入渗的影响。数值模拟结果表明:降雨入渗初期孔隙气压会逐渐增大,入渗强度会因孔隙气的顶托作用逐渐减小并最终趋于稳定。稳定后的降雨入渗强度主要取决于土体基质吸力和渗透特性,与土体初始饱和度大小直接相关;入渗强度存在最大、最小值,最大值通常会出现在初始饱和度为0或1时,而最小值所对应的饱和度与土体非饱和特性有关;受土体基质吸力和水、气渗透性的双重影响,入渗强度会先随饱和度的增大而逐渐减小,当降至最小值后,入渗强度又会随饱和度的增大而增大。根据计算结果,提出了一个可计算相对稳定入渗强度的公式。

季节性冻融条件下草地入渗特性的试验研究

通过对比分析季节性冻融条件下草地与裸地入渗试验结果，得到了草地冻融条件下的人渗规律。结果表明，在冻融各阶段，地表0～40cm深度范围内，草地地温均高于裸地，但土壤含水率低于裸地；在土壤初冻和融化阶段，草地入渗90min累积入渗量大于裸地，但其初始入渗强度小于裸地初始入渗强度；在土壤完全处于冻结状态时，草地与裸地的入渗过程、入渗量基本相同。研究结果为草地冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础，为区域水土保持与生态修复工程及季节性冻土区冬春灌溉提供参考。

土体非饱和渗透特性对降雨入渗的影响

降雨入渗影响下的土体非饱和渗透特性是一个非恒定非饱和的变化过程,探究土体非饱和渗透特性对降雨入渗的研究具有重要意义。基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同非饱和渗透特性条件下的降雨入渗过程,探究了不同渗流特性与稳定入渗强度的关联性。结果表明:当饱和度较低时,通过改变参数所反映的基质吸力对土体的稳定入渗强度影响显著;当饱和度接近1时,土体的入渗强度影响几乎不受基质吸力的影响。土体稳定入渗强度极值点的位置主要由本征渗透性的决定,而极值点的位置则受土水特征关系、水相对渗透关系、土体本征渗透系数的共同影响。

边界透气性对降雨入渗的影响

基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同透气边界条件下的降雨入渗过程,探讨了边界透气性对稳定入渗强度、孔隙气压分布和饱和度分布等的影响。边界透气条件是渗流计算中的一个重要控制条件,传统计算多为定性研究,通过量化透气条件,分析边界透气性对降雨入渗的影响。结果表明:稳定入渗强度与边界透气性密切相关,边界透气性越小,稳定入渗强度受透气性影响越敏感,其敏感性随边界透气性增大逐渐降低,边界透气性对稳定入渗强度的影响呈对数关系。此外,边界透气性越小,降雨入渗过程中孔隙气压力越大,湿润锋推移速度越慢。

非饱和土壤水分函数解析与Richards方程入渗新解

从土壤微现统计学角度出发，用各向均一无结构土壤“切片”孔径级配函数构建的统计毛管束模型和土壤水分分布依赖的力学原理。论证了理查兹（Ｒｉｃｈａｒｄｓ）方程中导水率、基质势、扩散率等水分函数和入渗率随充水度、土壤基质而变的机理、规律以及两者之间的内在联系，给出了相应的计算公式和可操作的参数分析确定方法。把迄今水分函数研究的纯经验相关现状提高到理论分析水平，使建立理论公式成为现实。给出的含有渗前上湿因子的新入渗公式可以取代截断误差不收敛的菲利浦（Ｐｈｉｌｉｐ）入渗公式。用文献［１］提供的萨庇（Ｓａｒｐｙ）壤土和吉里（Ｇｅａｒｙ）粉壤上实验成果，对文中结论做了验证。

降雨强度对红壤坡面水文过程的影响研究

了解土壤水文过程对于土壤养分流失的研究具有重要意义。本文通过室内模拟试验,研究不同降雨强度对红壤坡面产流、产沙、入渗等水文过程的影响,结果表明：1）在相同坡度,不同降雨强度下红壤坡面的初始产流时间呈现出随降雨强度的增大而逐渐缩小的趋势;2）不同降雨强度下的坡面产沙强度随时间的变化存在不同的分布特征,在55、70和85 mm·h-1三个雨强下,产沙强度随时间先出现增长后以波状趋于平稳;而100和120mm？h-1两个雨强下的产沙规律略有不同,主要表现在产沙强度随降雨时间迅速增长并达最大值后逐渐减小,最后趋于平稳;3）不同降雨强度下地表入渗强度随产流时间呈指数下降,坡面产流强度则呈对数上升趋势;4）随着降雨强度的不断增大,地表产流总量呈现逐渐增加的趋势,入渗总量也逐渐增加,但蓄水比例逐渐减小。

郑州市龙湖成湖方案研究

人工湖建设可能引起地下水位的抬升,将对周边生态环境造成影响,如部分河岸区的浸没、土壤次生盐渍化、地下水质恶化、影响湖周高层建筑物的地基承载力等。在分析人工湖渗漏问题基础上, 提出了在不采取防渗措施和采取防渗措施两种不同情况下的成湖方案, 并进行了防渗方案的优选。用地下水数值模型MODFLOW和优化模型MODMAN对处于黄河冲积平原地区拟开挖人工湖进行了数值模拟及优化。结果表明,在龙湖运行时,只要人工湖的渗漏量控制在一定范围内,辅之于相应的湖体周边的降水措施,就可有效避免各种环境问题的出现。

天山北麓低山丘陵地区春季融雪洪水的研究——以三工河古河道为例

通过对天山北麓低的丘陵地区春季融雪洪水的成因的分析 ,利用数理统计方法 ,以三工河流域为代表区域 ,分析出制约三工河古河春季融雪洪水量的 5个重要因素后 ,进而探讨天山北麓低山、丘陵地区春季融雪洪水产流成因机理 。

坡度对红壤土坡面降雨侵蚀及水文过程的影响

通过室内模拟降雨试验，研究了坡度对红壤土坡面降雨、产沙、产流、入渗等坡面水文过程的影响。结果表明，相同的降雨条件下，不同坡度红壤土坡面开始产流时间总体上随着坡度的增大逐渐推迟；不同坡度下的坡面产沙强度波动较大；产沙强度随坡度的增大先增大后减小，在15。～20。坡度附近出现临界坡度；不同坡度下地表入渗强度随产流时间呈指数下降，坡面产流强度呈对数上升趋势；随着坡度的不断增大，地表产流总量逐渐减小，相应地入渗总量逐渐增加。

卫生填埋场防渗层工作性能的数值模型研究

粘土衬垫的防渗性能和吸附阻滞性能对卫生填埋场防渗系统工作性能有着重要影响。通过建立一维对流-弥散模型,分析了渗透系数、扩散系数、入渗强度、吸附能力对渗漏量及衬垫击穿时间的影响。考虑实际工程的复杂性,建立能反映土体分层、土体非均质性、地下水运动及宏观弥散等复杂因素影响的污染物运移二维分析模型,并对各参数的敏感性进行分析。计算结果表明,保持填埋场在低渗滤液水位下运行,对提高衬垫的防渗效果及耐久性有重要意义;受材料本身性质、施工质量等因素的影响,粘土衬垫的渗透系数变异性往往较大,渗透系数提高一个数量级时,衬垫击穿时间显著缩短;渗透系数恒定时,衬垫击穿时间与材料阻滞因子成线性变化关系;地下水分布及运动情况对污染物运移及分布有重要影响,地下水位越低,竖向入渗越明显,入渗区下部土体的吸附性能发挥越充分,到达地下水及下部土体的污染物浓度越低。

农田排水条件下降雨补给与地下水埋深关系的试验研究

以室内一维土柱试验和室外水平衡小区观测资料为基础 ,对农田排水条件下降雨入渗补给与地下水埋深关系进行了分析 ,根据降雨、蒸发与地下水埋深关系相似的规律 ,仿照国内外排水计算中较为广泛应用的阿维里扬诺夫经验公式的结构形式 ,建立起降雨入渗补给与地下水埋深的关系 ,并采用室内外试验资料对该关系式进行了验证。

锦屏二级水电站引水隧洞施工期涌突水数值模拟

涌突水是我国西南山区修建地下工程过程中经常遇到的问题之一。文章以锦屏二级水电站引水隧洞为例,引入等效入渗强度来模拟降雨入渗过程,采用等效连续各向同性介质模型,运用三维有限元的基本方法和地下水动力学的基本理论对引水隧洞施工全过程工程区涌水量和降落漏斗的影响范围开展了分析研究。在不采取相应的防渗支护措施的情况下,洞群开挖将产生最大26 m3/s左右的涌水量,降落漏斗的影响范围在20 km左右。采取"以堵为主、堵排结合"的工程措施后,涌水量明显减小,地下水位得到回升,处理结果基本可以满足工程建设和地表水环境的需要。

降雨径流计算中的初损量确定探讨

就我国目前的降雨情况来看,存在较大的不均衡。例如我国北方地区降雨量较少而南部地区降雨量极大,从某种程度上分析,地面情况的不同也是降雨量不同的原因之一。在降雨径流计算中,初损量是重要的参数之一,因此初损量的确定具有重要意义。为了保证降雨径流的计算精确性,必须针对不同情况下的初损量进行确定。该文主要针对降雨径流计算中的初损量问题进行探讨,以供相关同行参考与借鉴。

降雨径流计算中的初损量确定探讨

降雨初损量是降雨径流关系中的重要参数之一。文章就降雨径流计算中的初损量问题在不同情况下怎样确定进行探讨。

一种实用的微喷系统选型和参数确定方法

一种实用的微喷系统选型和参数确定方法图１微喷系统简图１水泵２阀门３压力表４过滤器５主管６支管７微喷头重庆何培祥李伟清我国是一个水资源缺乏的国家，而用水最多是农业，且其用水利用率又很低。因此，在农业生产中采用节本增效措施，大力普及节水灌溉技术尤为重要。...

京杭大运河全线贯通补水对地下水回补的影响

基于2022—2023年京杭大运河(小运河、卫运河、南运河、北运河、通惠河)全线贯通补水期间沿线419眼浅井和173眼深井地下水位监测数据,分析实施生态补水后河道的入渗水量以及河道沿线和灌溉水源置换区的地下水位变化。结果表明:相较小运河、北运河和通惠河等衬砌河道,卫运河和南运河渗透性较好,地下水回补效果更为显著;贯通补水后大运河河道周边0~10 km范围内浅层地下水位较去年同期回升0.48 m,3—5月春灌期取水过程中大运河沿线地下水位下降幅度减少了0.19 m,表明生态补水对地下水位恢复具有积极作用;河道周边地下水位对生态补水过程的响应有滞后,表现为距离河道越近,水位下降幅度越小;水源置换能够有效缓解因灌溉取水导致的水位下降,卫运河和南运河段农灌受水区深、浅层地下水位较去年同期分别回升3.17 m和0.27 m。重点对入渗性强、灌溉需水量高的河段持续实施生态补水,保证河道水量,能够更为有效地促进地下水水位回升。