用水平土柱与Green-Ampt模型方法测量土壤入渗性能的原理与误差

土壤入渗是自然界水循环中的一个重要环节。研究提出了一种新的方法,根据水量/物质平衡原理和水平土柱中土壤剖面含水率分布所遵循的Green-Ampt模型中的活塞假定,测量和计算土壤入渗性能。用天然容重下的风干砂壤土,通过室内水平土柱试验,说明了获取数据的实验方法、过程,并利用提出的数学模型计算得到土壤入渗性能曲线。利用测量得到的土壤入渗性能回归计算得到的入渗水量分别与实际供水量和由土壤含水率的实际分布计算得到的入渗水量进行对比,得到相对误差分别为11.5%、15.89%,而实际供水量与由土壤含水率实际分布计算得到的水量之间的相对误差只有1.02%,说明了该方法的测量精度以及方法精度有进一步提高的可能性。该方法与传统的土壤入渗率测量方法相比,可以测量出土壤初始很高的入渗率,而且试验操作简单,省水,省时,为相关研究提供了有力的工具。

基于Green-Ampt和Philip模型的波涌灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示波涌灌间歇入渗的影响机制与规律,基于Green-Ampt和Philip入渗模型理论,建立了波涌灌间歇入渗分区模型,将第2供水周期及其后的供水周期内形成的入渗湿润区分别划分为重力势湿润区和基质势湿润区,并阐述了基于间歇入渗过程湿润区的分区入渗理论,通过Green-Ampt模型和Philip模型参数间的内在联系,建立了关于土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的数学模型,并进一步根据土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的线性图形特征,确定了不同分区下各供水周期的水分运动参数,分别为湿润锋面处吸力hf与表征饱和导水率Ks,且各间歇周期供水阶段的hf随着周期数的增大呈减小趋势,最后,利用分区模型将不同供水周期下的累积入渗量与湿润锋运移距离计算值同实测资料相比较,与实际值相比总体平均相对偏差分别为3.6%和8.6%,改进模型的适用性较好,拟合精度较高。因此,该模型可以较准确地描述波涌灌间歇入渗机理,为波涌灌灌水技术的合理设计提供了理论依据。

基于Green-Ampt模型的变水头积水入渗模型建立及其参数求解

通过对变水头积水入渗物理机制的分析,将入渗水头对入渗的影响归结为对表面饱和导水率的影响,基于Green-Ampt入渗模型,引用了湿润区的平均含水率的概念,并考虑了湿润区平均含水率随入渗时间的变化,建立了具有物理意义的3种变水头积水入渗模型,分析了利用入渗率-累积入渗量及入渗率-真实湿润锋图形获得模型参数的求解方法。通过室内试验,得到了湿润区的平均含水率与入渗时间之间呈乘幂函数变化的规律。利用实测资料对模型及其参数求解的方法进行检验,结果表明所建立的3种模型是正确的,求解参数的方法合理。

应用Green-Ampt(1973)模型解析三峡库区滑坡土入渗过程的探究

通过试验验证的方法探讨应用Green-Ampt(1973)理论解析模型推求三峡库区典型滑坡土体降雨入渗过程的可行性.研究中的试验设计为建立在对三峡库区滑坡地质灾害的分布及诱灾降雨进行调查统计的基础上,并考虑了Green-Ampt(1973)模型成立的前提条件.通过对试验及解析结果的对比分析得出的结论为,若用该解析模型来推求三峡库区滑坡土体的降雨产流及入渗过程,相关的边界条件假设、推导公式、计算参数取值等仍需大量的试验研究来改进与修正,同时给出了下一步研究工作的建议.

Green-Ampt两阶段模型的平移及衔接

概述了Green-Ampt模型的发展情况。由于通过Green-Ampt模型,直接计算的累积入渗量结果,与实测值相差较远,为了完善Green-Ampt两阶段模型的累积入渗量随时间变化的曲线,采用了先平移后衔接的方法。通过实验模拟,经该方法修正的计算值与实测值吻合较好。证明该方法能有效地改善Green-Ampt两阶段模型的模拟值,使其更符合实际情况。应用该方法能更准确地计算出累积入渗量随时间的变化过程,对完善Green-Ampt模型,扩展其应用范围有重要意义。

微咸水入渗条件下碱土和盐土水盐运移特征分析

通过微咸水入渗实验结果和入渗模型分析实验资料方法研究了碱土、盐土在微咸水入渗条件下土壤水盐运移特性。结果表明:当矿化度在一定范围,相同入渗时间内两种土壤的累积入渗量、湿润锋随入渗水矿化度的增加而增加;不同SAR的微咸水入渗对盐土、碱土入渗能力影响不大,特别是盐土。碱土的水分和盐分运移与入渗水矿化度均呈正相关关系,盐土则不然。

基于运动波方程的坡面降雨径流模型的应用研究

黑龙江西部半干旱区为我国主要的粮食生产基地,该地区降雨量少而集中,干旱和水土流失严重制约着当地农业发展。地表径流不仅降低了降雨利用率,而且也造成了该地区严重的土壤侵蚀。文章将运动波理论和Green-Ampt入渗模型相结合,建立了黑龙江省西部坡耕地降雨入渗产流的数学模型,并运用模型分别在不同耕作措施及不同土壤前期含水量条件下,对人工降雨径流过程进行了模拟计算。结果表明,计算径流过程与实测径流过程拟合较好。本研究对黑龙江西部农区水土流失防治具有一定的理论指导意义。

包气带气压计算及其影响入渗的模拟

降雨入渗过程中土壤内空气压力的变化影响到土壤的入渗能力,当包气带气压大于地球表面大气压后会对入渗水流起到顶托的作用。本文根据包气带气压变化的观测结果理论分析了包气带气体运动的一般规律,并以此为依据假设气体外逸函数,然后推导土壤包气带中气压变化的计算公式,并通过模拟分析比较了考虑包气带气压前后入渗过程:均匀降雨条件下考虑包气带气压后开始积水时间提前,入渗率平均减小27%,有时减小程度可达32%;渗透总量在降雨初期差别很小,但到压缩外逸阶段后差别变大,时间越长,包气带气压的减渗作用愈显著,两者相差越大,24 h入渗总量平均减小约20%。

变水头入渗试验推求垂向渗透系数的计算方法

在Philip与Nestingen土壤水运动计算方法基础上,推导出描述单环变水头入渗试验中水深变化过程的计算公式,提出了确定土壤垂向渗透系数的MP方法。利用土壤非饱和数值模拟及室内土槽入渗试验得到的单环水位变化过程,验证了MP方法推求土壤垂向渗透系数的可靠性。结果表明:MP方法推求的土壤垂向渗透系数比目前采用的Philip方法、Nestingen方法及Green-Ampt方法精度更高,具有广泛的应用前景。

土壤空间变异下田间降雨入渗率的分布特性

本文通过Green-Ampt模型矩形剖面的假定来近似土壤水分运动方程,结合土壤地表饱和导水率的空间分布、降雨强度和历时,将土壤地表分为饱和区和非饱和区,根据各区对应的降雨阶段地表自由入渗状态、自由与积水综合入渗状态以及退水阶段的上边界条件,分别推导出各阶段相应的土壤剖面的降雨入渗率的解析解以及平均降雨入渗量的时空变化过程。研究成果为土壤地表空间变异下降雨、入渗和径流之间的关系以及土壤剖面水流的滞后现象提供具有物理基础的计算方法。

夹砂层土壤水分入渗试验研究

针对土壤剖面多呈层状分布的特点,通过室内土柱实验,研究了不同粒径和层位的有砂层的+土壤水分入渗问题。结果表明,有砂层的土壤不同粒径的夹层和不同层位的砂层都会影响水分的入渗情况。以均质粘土为参照,在相同层位处,粒径越大的夹层砂,入渗越快,但入渗量越小;在相同粒径下,夹层越接近地面,入渗越快,入渗量越大。并验证了Green-Ampt和Kostiakov模型在土壤水分入渗中的应用,湿润峰到达夹层上层前入渗强度随时间越来越小,二者呈非线性关系;湿润峰到达夹层下层前入渗强度随时间的变化呈线性关系。

考虑雨水重分布对均质无限长边坡稳定性的研究

建立反映雨水入渗及重分布的Green-Ampt扩展模型,求解坡体内雨水重分布的含水率.基于Fredlund非饱和土抗剪强度理论的极限平衡法,建立无限长边坡安全系数与雨水累积入渗量以及雨水重分布持时的关系.通过与数值模拟结果的对比验证模型在边坡稳定性计算中的合理性.从雨水重分布的角度阐释滑坡滞后性的机理.结果表明,边坡的安全系数随雨水重分布持时以及前期累积入渗量的增加而逐渐降低,并最终趋于平缓.