利用土壤温度估算土壤有效热导系数和水流通量

土壤有效热导系数和水流通量是研究大气-土壤系统水分转化的重要变量。采用动态回归模型(DHR)获取土壤温度的振幅和相位变化,联合土壤水热耦合方程的解析解估算土壤有效热导系数和土壤水流通量,并将该方法应用于毛乌素沙地的土壤水流通量估算中。结果显示,实例研究估算获得的有效热导系数在10^(-7)m^2/s数量级变化,且随振幅比的增加呈指数增加,随相位差的增加呈指数衰减。当土壤含水率小于0.08时,有效热导系数呈线性增加;当土壤含水率大于0.08时,接近恒定值(定量0.08),土壤水流通量随土壤含水率的变化无明显的线性关系。

热脉冲技术估算土壤水流通量评价

土壤水流通量(Jw)是一个重要的水力学参数,决定着土壤渗漏、径流和化学物质的迁移过程,但缺少相应的实际技术来进行实时定位测定。本研究通过设置室内一维饱和土壤不同水流速率下的热脉冲试验,根据热脉冲技术测定的热源上下游温度变化,利用上下游最大无量纲温差法(MDTD)、上下游温度升高比率法(Td/Tu)及改进的比率法估算Jw,并检验其可靠性。结果表明,三种方法估算的Jw与通过收集出流液测定的Jw存在很好的线性关系(R2>0.99)(Jw<6×10-5 m s-1)。三种方法估算的Jw均低于出流液测定值,其中Td/Tu估算的Jw精度最高,而且计算简单,需要的参数相对较少。对于质地较粗的砂土,Td/Tu法估算的Jw较为准确,但是对于质地较细的砂质黏壤土,尤其是Jw较大时,实测值和估算值差异很大,估算误差达到20%。此外,本文也分析了热脉冲技术低估Jw的原因,为进一步发展热脉冲技术提供依据。

受潮汐影响的镇江内湖水沙通量研究

内湖与长江直接相通,在径流与潮流双重作用下,其水量、悬沙交换规律复杂多变。本文建立了内湖二维水流-悬沙耦合数学模型,在有限体积法框架下应用通量差分裂(FDS)格式计算模型中各跨单元边界的数值通量,基于内湖野外同步监测数据对模型进行了率定验证;选择典型年及典型潮汐过程,对不同时间尺度下内湖与长江水沙交换过程进行数值计算,结果表明:内湖水流通量、悬沙沉积量年际、年内分布较不均匀,丰水年内湖水流通量及悬沙沉积量明显高于平水年、枯水年;各典型年内,水沙交换量主要集中在洪季5月至10月,洪季水流通量与悬沙沉积量分别约占全年总量的90%与95%;内湖洪季全日潮水流通量约8292.3万m3,悬沙沉积量约1 344.1t,明显高于枯季;潮汐作用对内湖水沙交换影响较大,在全潮最低水位时刻,内湖水流通量最小但悬沙沉积量却达到最大。

土石坝对水流重力运动的影响研究

土石坝由于施工便捷,施工方法简单,不需要复杂的作业过程,且由于其修筑成本低廉,经济效益明显,在各类蓄水工程中得到普遍采用。为了能够对土石坝的工作性能有明确认识,对土石坝在常设计水位条件下的渗流特征进行分析研究,获得相应的渗流参数随着在坝基内的位置变化而呈现的特点,得出以下主要结论:(1)水流在坝基土体右侧呈现一定的出露特征,而且从上到下呈现出逐渐增大的趋势。(2)在坝基土体内,水流总体呈现由左上向右下的运动趋势,水流总体向右下方汇聚。(3)坝基X方向的水通量总体无较大波动,开始的2/3距离内,呈现出微向上方凸起的对称弧形,在2/3处有一个向下的突变,随后上升至最初值。

低丘红壤区农林间作系统水分利用竞争性评价

农林复合系统由于其复杂的物种配置、下垫面差异及土壤水力学性质的空间变异,可能影响土壤水分运动及水量平衡,并决定物种间水分竞争性。本文研究了南方低丘红壤区花生南酸枣农林复合系统中土壤水分的时空动态、土壤水流通量和方向的二维变化;结合土壤水量平衡,评价了农林复合系统组分间的土壤水分竞争关系。研究结果表明:农林复合系统能够利用50～100 cm土层土壤水分,对干旱有一定缓冲作用;但在季节性干旱土壤水分期向树行运动,说明南酸枣与花生间作系统也存在着水分竞争,竞争同树龄和空间距离有关。花生的种植减小了地表径流却加剧了土壤的流失。农林复合系统改变了土壤水量平衡,复合后系统蒸散量提高5%～12%,而净渗漏量及土壤水分贮存量减小。农林复合系统减小了30～100 cm土壤水分运动通量,引起土壤水分运动方向变化,影响了作物水分利用体系,需在设计优化管理水资源的农林复合模式时充分考虑这些因素。

地下连续墙在含水地层基坑开挖中的应用研究

地下连续墙是含水地层基坑开挖的有效施工措施,对提高基坑开挖的稳定性和安全性具有重要作用。为了研究地下连续墙在含水地层基坑开挖中所发挥的作用,依托上海市浅水位软土地层基坑开挖工程,采用FLAC3D软件对地连墙在基坑开挖过程中的隔水加固作用进行了数值分析研究。得出以下主要结论:(1)基坑底部位移变形呈现由中心向四周的圆形发散变形减小特征。(2)基坑变形在三维上呈现出,由基坑中心向周围球型减小的变化特征。(3)地下连续墙有效阻隔了水流向基坑的运动,在富水软粘土地层的基坑开挖施工中起到了很好的隔水作用。

潮流河段全潮水文测验中水量平衡计算方法研究

水流通量计算是水文测验工作中的一项重要内容,具有重要的工程实践意义。潮流河段由于受径流和潮流的双重作用,水流动力条件复杂,在实际水文测验内业计算时,往往出现上、下游测流断面水流通量不能平衡的现象。本文以长江口北支河段为例,分析了水文测验水流通量不能平衡的原因,提出了潮流河段水流通量平衡计算的方法和步骤。最后,通过计算实例对本文提出的水流通量平衡计算方法作了进一步的论证说明。文中提出的计算方法可供有关水文工作者参考。

新型人工浮岛流场数值模拟与结构优化分析

近期提出的新型人工浮岛是通过两种不同透水能力基质材料的填充在系统内部形成2个不同水流与溶解氧浓度区域,两区域的过流能力及两者之间水流交换量对系统脱氮除磷效果具有较大的影响。为实现这一新型人工浮岛基质结构设计参数的优化,进一步提高净化能力,应用数值模拟方法对不同结构条件下流场进行了模拟。模拟结果发现,影响两区域水流交换量及其过流能力的主要因素包括:基质材料的填充形状、填充深度及透水能力,其中"钟乳状"形态较"层状"填充形态人工浮岛具有更好的两区域间水流交换能力及过流能力,理论上具有更好的净化效果。根据模拟结果确定的设计参数构建小试试验系统进行对比试验研究,试验结果与数值模拟结论吻合。可见,采用数值模拟方法对人工浮岛内部水流状态进行模拟分析,能够为人工浮岛结构优化设计提供依据。