湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨的响应

为分析湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨响应的规律,基于实地逐日监测记录的灌丛土壤水分和降雨数据,对冬季灌丛土壤水分与降雨的响应关系进行分析。结果表明：小于5.80 mm的12场小降雨事件对土壤水分无法进行有效补给,大于20 mm的2场降雨事件能够有效补给土壤水分,土壤水分的响应时间随着降雨量的增加而加快。根据土壤水分变化趋势,冬季灌丛土壤水分变化可划分为3个阶段：土壤水分消退期、土壤水分上升期、土壤水分平稳期。冬季,受植被截留、地表枯落物吸收等因素的共同影响,导致小降雨事件不能使灌丛土壤水分得到有效补给,表现出平稳或微减的变化;大降雨事件对灌丛土壤水分起到有效补给,能够促使更多水分向深层渗透,显著改善深层灌丛土壤水分状况,且雨前土壤含水量越低,降雨对表层土壤水分的补给越大。冬季灌丛土壤水分的入渗深度主要受强度适中、历时长、雨量大的降雨影响,且雨前土壤含水量越高,则降雨的入渗深度越大。     

地下水深埋区降雨入渗补给问题的探讨

通过对冉庄水资源实验站蒸渗仪资料的分析,给出(P+W_(100))超过田间持水量的降雨为有效降雨,这样的降雨才能入渗补给地下水。对地下水深埋区入渗湿润锋面补给型进行了深入分析,求得了入渗补给过程的滞后时间,整个入渗补给过程长达300天。对P～P,～Z关系进行了分析,发现年降雨量在300～400mm时入渗补给量小于6mm,有的年份入渗补给量为零。建立了30日最大降雨与入渗补给量关系图。     

均质土壤降雨喷洒入渗模型的数值计算

本文研究均质土壤、表面供水强度已知但未超过土壤入渗能力的入渗模型。用FORTRAN语言编写数值计算的程序,并用垂直土柱试验验证了程序的可行性,也与Parlange解法作了比较。应用本程序对降雨或喷洒情况下的入渗;入渗后土壤水再分配;入渗后在表土蒸发或田间腾发条件下的水分运动等均进行了计算。对田间持水量和灌水管理问题进行了初步的讨论。     

地下水深埋区降雨入渗补给过程分析

降雨到达地面后，首先增大表层土壤含水率，当降雨量与雨前1m以上土层储水量之和大于田间持水量后，方可形成对地下水的入渗补给。根据8m蒸渗仪的资料，分析入渗补给过程和变化规律，并在常用的降雨入渗补给关系的基础上提出有效降雨量与入渗补给量的关系。     

稻田土壤水分与浅层地下水埋深关系的研究

1 前言 在推广水稻节水灌溉技术时,其灌水下限是以根层土壤水分为指标的,因而,及时、准确地获取稻田土壤水分,就成为提高推广水稻节水灌溉技术水平的关键。 稻田土壤水和浅层地下水主要来源于降雨和灌溉,消耗于水稻蒸腾、棵间蒸发和土壤渗漏。在稻田处于无水层状态,当根层土壤水大于田间无水层状态,当根层土壤水大于田间持水量时,土壤水既向上蒸腾蒸发,又向下补给地下潜水;当根层土壤水小于田间持水量时,地下潜水则     

黄土高原水源涵养林截蓄降雨研究进展

黄土高原地区水源涵养林建设对生态环境及水文循环过程产生了深刻的影响,有关学者对此开展了大量研究工作并取得了丰富的成果,但缺少系统的总结和归纳。为了给黄土高原地区水源涵养林建设提供技术参考,从林冠层的截留能力、枯枝落叶层的截持能力和林地土壤的持水能力3个方面,对黄土高原地区水源涵养林截留和拦蓄降雨研究的有关文献及成果进行了系统整理。林冠层对降雨的截留是降雨在数量和空间上的第一次分配,本质是植被叶面吸附降水,截留量和截留率受降雨量、降雨强度、降雨历时等气象因子和树种组成、林龄、郁闭度等林分特征的影响,林冠层截留量占降水量的5%～10%,截留的水量从叶面蒸发,无法被植物利用;林地枯落物层对降雨的截留是对到达地面的降雨进行第二次分配,其主要影响因素是枯落物累积量和微生物对枯落物的分解情况,保护好枯枝落叶层对于水土保持、涵养水源和水分循环等生态功能具有重要意义;林地土壤层能够贮存70%～80%的降水量,可有效涵养水源,是对降水的第三次分配,影响林地土壤持水性能的主要因素是土壤孔隙度和黏粒含量,不同林分类型的土壤孔隙度、土壤持水能力差异明显,混交林能有效截留降水并提高林地土壤的入渗率和入渗量。目前,对黄土高原水源涵养林拦蓄降雨的定性研究较多,定量研究还不够深入,尤其是土壤水分的量化指标还不够全面,这是需要深化研究的重要内容之一;此外,如何保持水源涵养林土壤水分的动态平衡也是需要研究的重要内容。     

陕西王东沟小流域野外土壤入渗试验研究

以野外土壤入渗试验为依据，利用时域反射仪进行了土壤水分动态变化的观测，并分析了积水入渗过程中土壤水分的动态变化规津及停渗后土壤水分再分布规律。结果表明：野外土壤积水入渗过程中，土体内任—埋深处士壤含水率的变化一般经历稳定不变、缓慢上升、急剧上升和再稳定4个阶段，不同土地利用类型的土壤每一阶段听经历的时间长短不同；积水深度越大，土壤剖面含水率、入渗量变化越明显，湿润锋的推移也越快；停渗后土壤水分再分布规律表现为表层0～10cm土壤含水率急剧减小，10～70cm土壤含水率开始呈增大趋势，然后再逐渐减小，70cm以下的土壤含水率略有变化。     

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。     

亚热带草地水热动态变化及地表能量分配

土壤水热变化是生态水文过程研究中的重要一环，而关于亚热带沿海地区草地土壤水热的研究相对不足。利用实地观测资料对亚热带校园区的草地土壤水热、地表能量平衡进行了研究，结果表明：(1)草地土壤水分在干湿季受降雨影响不同，降雨在干季引起的土壤水分变化会比湿季更大，研究期内12月20日，日降雨量为15.2 mm,土壤水分变化为0.12 m³/m³,5月1日时日降水量为120.3 mm,土壤水分变化仅为0.11 m³/m³;(2)在土壤水势梯度垂向变化上，湿季土壤水势梯度零通面出现在10～30 cm内，干季土壤水势梯度零通面出现在50 cm左右；(3)根据土壤水分对降雨的响应，干湿季节降雨后土壤水分运移主要发生在0～40 cm土壤深度；(4)土壤温度的变化受季节气温影响大，表层土壤温度梯度大，春夏季节，土壤温度随土壤深度的增加而减少，秋冬季节，土壤温度随土壤深度的增加而增加；(5)相邻2个月内，湿季草地蒸腾相对于干季明显减少，在能量分配上，湿季虽然降雨多，能量通量少，但是潜热通量的占比却反而升高，0:00—6:...     

天然降雨条件下坡地水量转化的动力学模式及其应用

通过对天然降雨条件下坡地水量转化机理的分析，提出了描述降雨入渗、坡面径流和土壤水分运动的坡地水量转化动力学模式.提出并采用了坡面承雨强度、饱和含水率结皮修正系数等概念， 考虑了坡度、坡向和雨滴倾斜对坡面接受降雨的影响及结皮对入渗的影响，通量边界的水量平衡，论述了模型参数的测取方法.经野外初步试验表明，该模型对于模拟天然降雨条件下坡地土壤水分动态和坡地水量转化关系具有较高的精度.     

考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型（简称为GA模型）更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限，一般很少超过4m，由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位；而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现，这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见，塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水，在甘肃正宁县建立了一个监测站，通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计，对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测，同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层，土壤水分具有周年的背景变化趋势，该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时，水分仅在表层循环，对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时，才会引起土壤含水率骤增，降雨量越大，土壤含水率增幅越大，影响深度越大，随着深度增加，增幅减小，时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m，2m以下的非饱和黄土中，水分以非饱和渗流或水汽形式迁移，水汽迁移量很小，但不可忽视，当遇到透水性差的古土壤层时，会在其顶部富集，长期作用则可能形成软弱带，诱发黄土滑坡。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。     

湿润地区土壤水分对降雨的响应模式研究

为了研究湿润地区降雨—土壤水水文过程,在太湖西侧通过野外坡面试验来研究地表和地下剖面上土壤水分对降雨过程的响应模式。结果表明：坡面上土壤含水率受地形和局部微地形影响显著。雨量较大时,土壤含水率过程线呈现两拐点三阶段(上升、平台和退水期);雨量较小时呈现单拐点两阶段(上升和退水期)。上升期受前期土壤含水率和土壤特性影响;平台期土壤含水率接近饱和并对雨强大小略有响应,是产流的主要阶段;退水期开始于降雨停止时,但地势高处对低处的补给会使低处退水期开始时间后延。沿坡度方向土壤含水率对降雨的响应过程整体表现出下部饱和度较高并且先出现饱和带,之后饱和带向上部逐渐扩展。垂向土壤含水率响应分为特征不同的三层。浅层对降雨响应明显,不同深度土壤含水率随时间变化过程线形状与降雨过程线相比有一定的平移和延长;中层同时受降雨入渗和地下水位变动影响;深层主要受地下水位变动控制。浅层有优势流现象出现,受土壤结构影响,并受降雨量大小控制。     

Deep soil water recharge response to precipitation in Mu Us Sandy Land of China

Soil water is the main form of water in desert areas, and its primary source is precipitation, which has a vital impact on the changes in soil moisture and plays an important role in deep soil water recharge (DSWR) in sandy areas. This study investigated the soil water response of mobile sand dunes to precipitation in a semi-arid sandy area of China. Precipitation and soil moisture sensors were used to simultaneously monitor the precipitation and the soil water content (SWC) dynamics of the upper 200-cm soil layer of mobile sand dunes located at the northeastern edge of the Mu Us Sandy Land of China in 2013. The data were used to analyze the characteristics of SWC, infiltration, and eventually DSWR. The results show that the accumulated precipitation (494 mm) from April 1 to November 1 of 2013 significantly influenced SWC at soil depths of 0–200 cm. When SWC in the upper 200-cm soil layer was relatively low (6.49%), the wetting front associated with 53.8 mm of accumulated precipitation could reach the 200-cm deep soil layer. When the SWC of the upper 200-cm soil layer was relatively high (10.22%), the wetting front associated with the 24.2 mm of accumulated precipitation could reach the upper 200-cm deep soil layer. Of the accumulated 494-mm precipitation in 2013, 103.2 mm of precipitation eventually became DSWR, accounting for 20.9% of the precipitation of that year. The annual soil moisture increase was 54.26 mm in 2013. Accurate calculation of DSWR will have important theoretical and practical significance for desert water resources assessment and ecological construction.     

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%。     

利用剪切波速对饱和砂土地震液化的判别

现行有关抗震规范的液化判别方法大多使用标贯试验方法,最大判别深度不超过20 m,而近些年来的地震灾害调查显示超过20 m的饱和砂土深层液化现象是客观存在的。为此,基于Kayne场地液化数据库和修正的双曲线模型,建立了临界剪切波速液化判别公式,其判别成功率可达到80%以上。以西藏某水利枢纽为例,结合现行规范中的判别方法,对比分析并评价了本文剪切波速液化判别方法的适用性。结果表明:(1)对于埋深20 m以内的饱和砂层,《水力发电工程地质勘察规范》(GB 50287—2016)中规定的标贯判别方法得到的液化判别结果最为安全;(2)《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)中规定的剪切波速液化临界曲线,对埋深超过20 m的饱和砂层液化判别过于保守,在高地震烈度时可导致极其密实的砂土被判别为液化,但在Ⅶ度时,该法对埋深10 m以内的浅层砂土的液化判别结果偏不安全;(3)对于高地震烈度区或者埋深超过20 m的深层液化判别来说,本文剪切波速方法既能克服《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)判别方法过于保守的弊端,又能得到相对合理的液化判别结果。当场地缺少标贯数据或者需要对埋深超过20 m的砂土进行液化判别时,本剪切波速判别液化方法具有较强的实用性。