降雨入渗补给浅层地下水过程探讨

文章总结了降雨入渗补给的模式,通过分析活塞式降雨入渗、降雨入渗补给的滞后和延迟、降雨入渗优先补给等,研究了土壤不同岩性、不同埋深、不同降雨时段与不同土壤含水量条件下的降雨入渗补给过程。     

基于降雨入渗全过程的非饱和湿润峰模型

对降雨入渗过程进行研究有助于充分发挥土壤的蓄水能力,减缓城市管网的泄洪压力。为更真实地反映入渗过程中土壤的含水率分布情况,将降雨入渗过程进行分段,确定各阶段土壤含水率分布函数,提出了修正的非饱和湿润峰模型。同时,结合达西定律,引入土体非饱和参数,得到均匀土体在不同降雨强度下,土壤含水率、浸润深度和累计入渗量随时间变化的曲线。结果显示,入渗过程中土壤表层含水率和浸润深度随时间呈非线性变化。对于高强度降雨,当表层土壤饱和后,开始出现积水。累计入渗量最终取决于土壤的饱和渗透性质,降雨强度对其影响有限。分别将4种土质土体的计算结果与有限元法得到的结果进行对比,两者相对偏差均小于5%。     

基于ABAQUS的边坡降雨入渗边界的开发及其验证

为了克服ABAQUS在进行降雨入渗模拟方面的局限性,采用Python语言对ABAQUS软件的降雨入渗边界进行二次开发,将降雨边界作为不定边界,采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,开发出基于ABAQUS软件的降雨模块。该模块可以根据降雨强度与土壤入渗能力之间的关系,即时改变降雨边界条件,从而准确的反映降雨过程中降雨边界的动态变化过程,这克服了ABAQUS软件中只能模拟降雨全部入渗,入渗率保持不变的单一情况,完善了ABAQUS软件的降雨入渗分析功能。结果表明:开发出的降雨模块是稳定可靠的,可以用于边坡降雨入渗的分析;同时,借助于ABAQUS的强大功能,该模块可以为以后进行更复杂的降雨相关问题的研究提供一个良好的研究平台。     

降雨入渗条件下土质边坡非饱和渗流二维数值分析

强降雨是导致边坡失稳破坏的主导因素,为研究降雨条件下土质边坡水渗流规律,本文采用非饱和土壤水渗流模型,对不同降雨强度作用下土质边坡水渗流规律进行了数值仿真研究。结果表明:雨水的入渗使土体表层的含水率发生明显的变化,导致土体表层的负孔隙压力/基质吸力降低;随降雨强度的增大,土壤含水率受其影响越大,但当降雨强度达到土壤的饱和渗透系数,土壤雨水入渗率达到最大值,此时降雨强度的增大,对土壤中水分变化的影响减弱。因此,为防止土质边坡失稳现象的发生,必须控制边坡的渗透系数。此研究对降雨条件下土质边坡滑坡的预防与控制具有重要研究意义。     

双曲入渗模型应用于产流计算的探讨

本文探讨了流域土壤入渗能力与实际入渗率之间的关系。同时,以双曲模型为数学工具,进行了将实际的入渗量与可能的入渗量互相转换的初步尝试。结果表明,经过这样的转换所获得一般河流的流域上各次暴雨的可能入渗量,与流域的下垫面条件、降雨历时或表征雨前土壤初始含水量的前期降雨指数,关系相当明显;而且这种关系的特征与建立在土壤水动力学理论基础上的一些计算公式的特征,几乎完全一致。这就证明双曲模型用之于产流计算是可行的;并为产流参数的地区综合创造了条件。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。     

降雨强度对土壤水再分布的影响

为了研究降雨强度对降雨入渗土壤后的水量分布规律,对不同降雨强度下坡耕地0～100 cm土壤含水量消退过程进行了分析。结果表明:降雨入渗后表层土壤含水量急剧增加,土层越深,变化幅度越小;随着停渗时间的延长,上层土壤含水量明显减小,下层土壤含水量稳定增加;降雨强度越大,转化成土壤水的水量越多,停渗后表层水分损失就较少;土壤水变化幅度越小,土壤水消耗过程越短,土壤水再分布影响的土层越深。     

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。     

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。     

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。