水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的水分转化规律及其固化机理研究

为研究石膏激发的水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的力学强度与水分转化过程的演变规律,从本质上揭示水泥-矿渣-粉煤灰对淤泥的固化机理,通过无侧限抗压强度、抗剪强度试验探究水泥/矿渣/粉煤灰配比、固化剂掺量、养护龄期对固化淤泥土强度的影响,结合核磁共振弛豫分析(NMR)、矿物成分分析(XRD)、微观结构分析(SEM)探究结合水量、水化物种类、微观形貌随养护龄期的变化规律,并建立无侧限抗压强度qu、抗剪强度参数c、tan φ与结合水量Cw的函数关系。结果表明:14 d龄期内较高水泥配比(20%)的固化土强度显著高于低水泥配比(5%)固化土,其早强效应归功于水化物的大量生成,结合水量大幅提高,14 d龄期后5%水泥配比固化土强度增长迅速并超过20%水泥配比固化土强度。从宏观力学强度看,较高水泥配比(20%)固化土qu、c、tan φ均与龄期对数lg t呈线性增长关系,低水泥配比(5%)固化土则呈幂型函数关系;从微观水分转化角度分析,高低水泥配比固化土的结合水量与抗压强度、抗剪强度参数的函数关系相同,即qu-Cw、tan φ-Cw呈幂型函数增长,c-Cw存在线性关系。固化土力学强度不仅与水化物中的结合水量有关,还与水化物的结构有关,絮凝状水化物C-A-S-H逐渐形成空间网状结构,使土体结构密实,孔隙减小。

灌溉排水耦合调控稻田水分转化关系

该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,分析节水灌溉与旱地控制排水技术耦合调控对于稻田水分转化关系的影响。结果表明,灌排耦合调控在小幅减少水稻产量的同时,显著减少了稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量,最终显著增加了水稻水分生产效率。与常规灌排稻田相比,灌排耦合调控稻田水稻产量减少1.9%,灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量分别显著减少41.7%、49.9%及24.9%,水分生产效率增加30.5%。随着控灌稻田排水控制限的提高,稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量减少,水稻产量保持稳定,使得水稻水分生产效率进一步增加。提高控灌稻田的排水控制限,减缓了稻田土壤水分的衰退速度,并增加稻田地下水位低于排水控制限的比例,稻田灌溉次数与发生地下排水的时段均减少,使得控灌稻田灌溉水量与地下排水量下降,两者综合作用下控灌稻田水稻蒸发蒸腾量减少。在采用控制灌溉模式的基础上,适当提高稻田排水控制限,可以较好地实现水稻生产中水分的高效利用,研究结果可为优化稻田水管理模式提供依据。

非充分灌溉条件下农田水分转化SWAP模拟

非充分灌溉改变了农田水分转化过程,以往的研究较少讨论作物根系层以下的土壤水分转化动态及其对作物耗水的影响。该文在北京市典型农田开展了冬小麦-夏玉米非充分灌溉试验,在对SWAP模型率定与验证基础上,模拟分析了非充分灌溉农田耗水规律与水分转化过程,并应用模型得到了研究区不同降水年型的最优非充分灌溉模式。结果表明:非充分灌溉的实施促使作物消耗大量土壤贮水,当降雨或灌溉量较小时,土壤水可占作物耗水量的46.1%;根区和储水区之间土壤水分交换明显,转化通量变化范围为-2.67～0.45mm/d,而储水区底部水分通量较小且无明显变化,根区土壤水分渗漏出现在灌溉或较大的降雨之后,储水区水分向上补给主要发生在作物需水关键期;与常规灌溉相比,最优非充分灌溉模式在丰水年、平水年和枯水年分别节水375、225和225mm,储水区底部深层水分渗漏量分别减少了89%、17%和2%。

基于核磁共振技术的淤泥固化水分转化机制研究

为了揭示淤泥固化体的微细观水分分布与工程特性的内在联系,针对水泥固化湖泊淤泥,基于柔性壁渗透、无侧限抗压及核磁共振(NMR)试验,探明淤泥固化过程中的水分转化和孔隙结构演化机制,并与固化体的渗透系数k、无侧限抗压强度q_u和变形模量E_(50)建立关联。试验结果表明:7d龄期内水化反应速率快,淤泥固化体内的大量孔隙水转化成水化物中的化合水,最可几孔径减小,形成孔隙结构骨架主体,导致k值降低、q_u和E_(50)增大;7d后,只有当孔隙水扩散穿透水化物膜层,水化反应才继续缓慢进行,但q_u和E_(50)仍大幅增长;化合水量M_(hw)与lgk存在线性关系,而M_(hw)-q_u和M_(hw)-E_(50)均呈指数关系。基于微观水分参数与工程特性的量化关系模型,可充分揭示水泥固化淤泥的宏微观演化机制。

土壤翻耕对坡地水分转化与产流产沙特征的影响

坡耕地严重的水土流失是导致黄土高原土壤质量退化与生态环境恶化的重要原因。采用模拟降雨的方法研究了翻耕与压实对休闲黄绵土坡耕地水分转化与产流产沙特征的影响。结果表明 ,(1)与压实相比 ,土壤翻耕导致入渗率下降 40 %～60 % ,产流强度增加 1至 3倍 ,降雨向土壤水分的转化率降低 5 0 %以上。 (2 )翻耕条件下流失径流的平均含沙量增加近 70 % ,坡地产沙量增加 3倍 ,径流流失量增加 1倍 ,因此对坡地实行免耕休闲可以有效减轻水土流失、遏制坡地土壤质量退化的态势。 (3 )降雨过程中 ,随着产流时间的延长 ,坡地产沙量呈加速增加的趋势 ,而且增加速度显著快于坡面径流 ,因此采取适当措施延长初始产流时间、减少产流量以及提高降雨向土壤水分的转化率均可有效减少坡地土壤流失量。

降雨条件下坡地水分转化特征实验研究

坡地水分转化规律研究对于探讨坡地水土流失以及坡地养分迁移规律具有重要意义。本文以黄绵土为试验材料,通过模拟降雨试验,研究了不同雨强条件下坡面入渗过程与产流特征。结果表明:(1)在地表坡度15°、土壤容重1 28～1 30g cm3的条件下,坡面平均入渗率(ia)与降雨强度(iR)具有极显著的抛物线函数关系,当iR=1 35mm min时,ia具有最大值(1 01mm min);初始产流时间(tp)随iR的增大而减小,二者呈幂函数关系。(2)坡面产流以后,入渗率(i)随降雨历时(t)呈幂函数形式降低,坡面产流强度(VR)随t的延长呈对数函数形式增加。(3)随着雨强的增大降雨的入渗量略有增加,但降雨向土壤水分的转化率则显著降低。

华北地区夏玉米田间水分转化规律研究

本文利用一维垂直非饱和土壤水运动计算模型，通过模拟计算夏玉米生育期各生长阶段不同水文年、不同灌水定额下田间水分转化规律，对棵间蒸发，深层渗漏与灌水定额之间的数量关系进行了定量研究，并建议华北地区夏玉米节水灌溉定额为４０ｍ３／亩．

翻耕对花岗岩坡地水分转化及产流产沙特征影响研究

坡地水土流失是导致土壤质量退化与土地生产力下降的重要原因。采用人工降雨野外模拟试验方法研究了翻耕前后花岗岩坡地水分转化及产流产沙特征的影响。研究表明,翻耕可以提高水分转化率,但从总趋势上看,翻耕条件下径流含沙量与产流产沙量均显著高于翻耕前,其中平均含沙量增加1.5倍,产沙量增加12%,故应多种耕作措施有机结合;降雨过程中,随着产流时间的延长,坡地产沙量呈加速增加的趋势,而且增加速度显著快于坡面径流。因此采取适当措施延长初始产流时间,减少产流量以及提高降雨向土壤水分的转化率均可有效减少坡地土壤流失量。

地下水-土壤水-大气水界面水分转化研究综述

地下水－土壤水－大气水界面水分转化的研究有着重要意义。根据各种研究的出发点和侧重点，从三个方面论述了界面水分转化近年来的研究进展和各种研究方法的原理、优缺点和今后的研究方向。分析指出，界面水分转化的确定在小尺度范围内已取得很大进展，但是多数方法偏重于均匀下垫面均一介质条件下的水分交换研究，对于不均匀下垫面非均一条件下的水分交换问题和区域尺度问题未能很好的解决。在各种研究方法中值得注意的是遥感法、数值法和综合方法。

从水分转化特征研究固化淤泥的SWCC

对不同初始状态的淤泥进行固化处理,测定固化淤泥的SWCC及转化到水化产物中的吸着水增量ΔmBW和矿物水增量ΔmHW,从土中水分转化特征研究了固化淤泥的SWCC。结果表明:同一含水率的淤泥固化处理后,进气值AEV随着ΔmBW和ΔmHW的增大而增大,而干燥率随着ΔmBW和ΔmHW的增大而减小;等量的ΔmHW对改变AEV和干燥率的贡献较大,ΔmBW增大到一定量时其影响作用才开始显现;在固化淤泥的工程使用过程中,即使ΔmBW和ΔmHW保持不变,淤泥也可能会出现收缩现象。

和田绿洲墨玉灌区水分转化分析

将干旱区平原绿洲散耗型水文模型应用到和田绿洲墨玉灌区，对该灌区1996-2003年的水分运动与转化进行模拟演算，结果表明：引起区域生态环境质量降低的主要原因是水的不合理开发利用模式，因此，改革现行的水资源配置与管理方式势在必行。

从水分转化研究早强型材料固化淤泥的早强机理

针对淤泥固化工程为了减少堆场占地而需要早强性能的问题,研究在污水厂污泥固化/稳定化处理中使用的早强材料—硫铝酸盐水泥对清淤淤泥是否具有早强的性质,并从水分转化的角度探讨早强发生的机理。以太湖清淤淤泥为对象,使用硅酸盐水泥为对照,实测分析了固化淤泥的强度、变形、水分转化量。结果表明:硫铝酸盐水泥具有良好的早强性能,早强的机理在于更多地反应形成了结晶态的钙钒石。这种以矿物水形态被定量测定的生成物对早强发挥了关键的作用。

北极沿岸地区水体中氢氧稳定同位素组成及水分转化过程研究

2010年7月参加第三届北京中学生北极科学考察活动,收集了北极沿岸地区的挪威斯瓦尔巴德群岛(Svalbard)、冰岛、格陵兰沿岸地区的海水、沿岸海水、海冰表面冰样、地表径流等水体样品,对样品进行了氢氧稳定同位素成分测定,分析了北极沿岸地区水体的水循环过程.结果表明,该地区不同水体中的稳定同位素具有不同特征.沿岸海水中δ18 O与δD的变化受到了陆地来水的影响,而且与离海岸远近、取样点是开放海域还是峡谷地带、陆地的大小都有关系;海水、降水(包括径流、冰川冰、海冰上层冰)的δ18 O与δD关系线存在着完全不同的结果,而受陆地补充影响明显的海水中δ18 O与δD关系线介于二者之间.通过稳定同位素方法可以估算出近岸海水中陆地补给与平均海水补给的贡献率,在格陵兰峡谷深处的海水中有约1/3来自于冰川融水,而约2/3来源于平均海洋水.

水泥改良冻土过程水分转化规律及对强度的影响

为保证多年冻土区地基的稳定性及解决多年冻土区土方材料短缺的问题,分别使用硫铝酸盐水泥(SAC)和普通硅酸盐水泥(OPC)对冻土进行改良。通过无侧限抗压强度试验得到两种水泥在不同掺量及不同养护龄期下的强度特征,同时,使用离心机法及冻干法对水泥改良冻土过程中的自由水、矿物水及结合水的变化进行测定,揭示水泥改良冻土过程中的水分转化规律,并建立矿物水、结合水量与水泥改良冻土强度的内在联系。结果表明:硫铝酸盐水泥改良冻土的强度明显高于普通硅酸盐水泥,并且具有显著的早强特性。硫铝酸盐水泥改良冻土在养护初期水分转化速率较普通硅酸盐水泥快,但矿物水及结合水的转化量少。硫铝酸盐水泥改良冻土中的矿物水和结合水对强度的贡献更为突出。硫铝酸盐水泥更适合用于冻土的改良。

SPAC系统水分循环与转化过程探析

水是植物生长的重要环境因子,探讨 SPAC 系统中水分循环与转化过程对提高绿洲植物水分利用效率具有重要指导意义。文章通过综述三个界面上水分相互运移状况,即土壤-根系界面上,在水流阻力影响下水分运移和不同土壤条件下水分再分配的情况;植物-大气界面上,水流阻力、叶水势、光合蒸腾作用等对水分运移的重要影响;土壤-大气界面上水的向下入渗和向上蒸发等,明晰 SPAC 系统水分循环与转化过程,以期为农业用水的合理配置提供理论依据。

转化液水分在青霉素钠无菌原粉共沸过程中对收率及质量的影响

青霉素钠无菌原粉生产在提纯过程中,需将青霉素钾盐溶液转化成青霉素钠盐溶液与丁醇的混合液即转化液,然后采用减压共沸结晶工艺,除对成品质量控制有关的参数pH、色级外,其共沸结晶工艺在结晶过程中转化液水分的高低直接决定结晶液的饱和温度和水溶液蒸发时间、即共沸时间的长短,对青霉素钠无菌原粉收滤、质量是非常关键的控制参数。本文通过大量的实践数据进行分析总结,得出合理控制共沸结晶过程中转化液水分是降低结晶温度,缩短共沸周期,提高成品收率和质量的最有效途径。对青霉素钠无菌原粉共沸结晶单元操做起着有效的指导意义。

坡耕地地表糙度对降水分配的实验研究

地表糙度指地表微小的高低起伏变化,是人为土地管理与土壤侵蚀共同作用的结果,可以影响降雨过程中水分转化与土壤侵蚀过程。该文以直线坡为对照,借助3种常见耕作管理措施(人工锄耕、人工掏挖与等高耕作)产生不同水平的地表糙度,结合人工模拟降雨试验研究地表糙度水分转化效应。结果表明:长历时人工降雨条件下,地表糙度可以强化降雨向土壤水分转化。其强化入渗作用表现为:增加地表填洼量,增大入渗水头与入渗深度,滞后产流时间,削减径流量,进而提高入渗率及水分转化率。坡耕地地表糙度与填洼量成指数关系,与平均入渗率及水分转化率成对数关系。

青藏高原那曲地区夏季一次对流云降水过程的云微物理及区域水分收支特征

第三次青藏高原科学试验针对高原夏季云和降水物理过程开展了大量观测研究,为进一步揭示高原云微物理结构、云中水分转化和区域水分收支特征,本文采用中尺度数值预报模式(WRF)并结合高原试验期间的各种观测资料,对那曲观测试验区2014年7月5～6日的一次较为典型的夏季对流云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明WRF模式能够基本再现高原夏季对流云的发展演变过程以及降水的日变化特征。模拟结果显示高原夏季对流云中具有较高的过冷云水和霰粒子含量,冰相过程在高原云和降水的形成和发展中具有十分重要的作用,地面降水主要由霰粒子融化产生。暖雨过程对降水的直接贡献很小,但在霰胚形成中具有十分重要的作用。霰粒子胚胎的形成主要来源于冰晶与过冷雨滴的撞冻过程,雪粒子和过冷雨水的碰冻转化及过冷雨滴的均质冻结贡献相对较小。霰粒子的增长过程在12 km(–40°C)以上层主要依靠对冰晶、雪粒子的聚并收集过程,而在其下层的增长过程主要依赖对过冷云水的凇附增长,对雪粒子的聚并收集和凝华增长过程较小。高原那曲地区净水汽收支为正,日平均降水转化率可达20.75%,接近长江下游地区,高于华北、西北地区。该地区日降水再循环率为10.92%,说明局地蒸发的水汽对高原降水的水汽来源具有一定的贡献,但高原降水的90%仍然由外界输入的水汽转化形成。

白洋淀渗漏对周边地下水的影响

为查明受污染的白洋淀地表水渗漏范围,对周边地下水主要离子水化学的影响,并评价地下水是否适用于灌溉,在该区域现场测定了地表水及地下水pH、EC(Electric Conductivity)和ORP(Oxidation-Reduction Potential)等参数,采样分析各水体D、18O和主要离子组成,结合判别分析和钠吸附比RSA(Sodium Adsorption Ratio)讨论。结果表明,淀水渗漏使浅层地下水电导率升高,氧化还原电位值降低,且更加富集重同位素;唐河污水库周边浅层地下水SO24-和Na+含量明显增大。浅层地下水的δ18O值结合水位埋深有效地标记了淀水渗漏影响地下水的范围。浅层地下水主要受到白洋淀渗漏的影响,唐河污水库附近的浅层地下水受污水库渗漏影响。污染地表水渗漏使得浅层地下水水质普遍下降,白洋淀西部和唐河污水库周边浅层地下水不适宜用于灌溉。

非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究 (I):冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像

利用HEIFE、DHEX和GAME/Tibet3个观测试验和部分常规气象站观测资料,分析了下垫面非均匀条件下产生的冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像以及它们对地表能量和五水转化的影响。分析结果表明,下垫面非均匀特征对五水转化有着明显的影响;冷岛效应和逆湿现象是下垫面非均匀性的必然结果,它们在自然界普遍存在;现有陆面过程模式很难刻画冷岛效应和逆湿现象,通常现有陆面过程模式很难将冷岛效应中的热量平流转化成蒸发潜热,同时陆面过程模式也混淆了逆湿现象和发生在下垫面上的大气水的冷却凝结。这些评述将有助于今后非均匀陆面过程的进一步研究。