海岛山地坡面降雨入渗与地表径流观测研究

该文在不同下垫面和降雨强度等情景下,于平潭岛设置野外降雨入渗与产流试验场地,根据获得的观测数据分析研究山地坡面降雨入渗和地表径流的形成过程。结果表明:与裸地观测小区相比,植被覆盖良好的坡面能延缓产流,有效拦蓄地表径流,增加入渗量;因降雨平均强度、降雨历时等降雨因子均值化,其与坡面降雨平均入渗系数的相关性均很低,无法响应降雨过程中雨型和降雨量的瞬时变化特征。该成果可为平潭岛雨洪资源高效利用提供科学依据。     

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。     

黑土区降雨和坡度对坡地侵蚀径流和硝态氮流失影响研究

为研究黑土区坡地降雨径流和硝态氮流失情况,采用人工模拟降雨试验方法,探讨不同雨强和坡度对黑土区降雨径流和硝态氮运移过程的影响。结果表明坡面产流时间随雨强和坡度增大而提前。不同雨强和坡度条件下坡面径流中硝态氮浓度从开始迅速变小并逐渐稳定,同等条件下雨强较小时,径流中硝态氮浓度偏高,随着坡度和雨强增大,坡面径流总量和径流泥沙量也都呈增大趋势。     

降雨历时对黄土坡地水分运动与转化的影响

为提高黄土地区雨水利用率、减少水土流失,通过室内模拟降雨试验研究了不同降雨历时坡地产流、入渗、产沙的特征.结果表明:坡面径流系数在降雨过程中存在剧增、缓增和稳定波动3个阶段;坡地径流系数、入渗率和坡地累计产沙量均与降雨历时呈对数关系;径流量和入渗量均与降雨历时呈线性正相关关系;地袁产流后,形成不断扩大的湿润区,湿润锋深度与降雨历时呈幂函数关系.     

边坡降雨入渗与坡面径流影响因素敏感性分析

影响边坡降雨入渗的因素很多,如雨强、土体渗透性、土体初始含水率、坡度、坡面糙率等。以非饱和降雨入渗与坡面径流有限元耦合模型为计算方法,应用正交试验设计数值试验,从坡面产流时间tp、坡脚径流水深h、坡体入渗量Q和入渗量与降雨量之比C的角度,对上述五种影响因素进行敏感性分析。结果表明,影响tp的主要因素是雨强、土体渗透性;影响h的主要因素依次是雨强、坡面糙率、土体渗透性;对Q影响较大的因素依次是土体渗透性、雨强、初始含水率;对C有较大影响的依次是土体渗透性、雨强、初始体积含水率。     

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。     

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.     

坡面降雨入渗产流规律的数值模拟研究

本文采用运动波理论和两次改进后的Green-Ampt入渗模型建立了坡面降雨入渗产流的动力学模型，并得到了实验资料的良好验证。运用该模型研究了简单坡面上降雨入渗产流的动力学规律，分析了雨强，土壤初始含水量，渗透系数，坡面阻力，以及坡长，坡度等因素对坡面产流过程的影响规律，得出了一些有益的结论。     

公路弃土场坡面产流特征及过程模拟

公路弃土场坡面径流的模拟对流域水资源评价和道路侵蚀模型的构建均具有重要意义。通过不同雨强(0.6～2.79mm/min)的人工降雨试验,对不同坡度(19.4%～78.1%)弃土场坡面及坡度为30.6%的弃土场施工道路的坡面径流过程进行了研究。结果表明:在小雨强下(0.6mm/min)径流显著受到土壤干容重及小区坡度的影响,而随雨强的增加,坡度及土壤干容重对径流的影响逐渐被降雨所覆盖。使用Green-Ampt入渗模型可以较为准确地计算公路弃土场坡面径流,模型有效系数达0.975。     

降雨条件下露天矿井坡面径流入渗综合系数探讨

弄清降雨条件下地下工程的坡面径流入渗综合系数,对于有针对性制定地下工程防洪排水对策具有重要意义。利用某矿井长期大量地下水实测数据,采用流量过程线法,探讨了降雨条件下该露天矿井坡面径流入渗综合系数变化规律,分析了其动态变化机制。研究表明,一次降雨过程径流入渗综合系数变化于0.65～0.96之间,平均值为0.81,最大降雨径流入渗综合系数基本上出现在降雨期的前2 d内。多峰雨型或连续雨型条件下,径流入渗综合系数(0.84)比单峰雨型条件下(0.76)大。应用流量过程线分割法测定矿井坡面径流入渗综合系数,理论严谨、方法可行、结果可靠,可为类似地下工程排水设计提供理论依据。     

三峡建库后土脑子河段航道整治方案数值模拟的初步研究

本文在已建河床水流泥沙数学模型的基础上^[1]，针对土脑子河段的河道特性，修改并建立了能够反映该河段水抄运动特性的平面二维水流泥抄数学模型。用土脑子河段1995年河床冲淤及水位、流速等方面的实测资料对所建模型进行了验证，结果表明计算值与实测值吻合良好。在此基础上．进行了三峡建库后，土脑子河段135m蓄水期及156m蓄水期整治前后的二维水抄运动及河床冲淤计算。     

降雨流动能物理模型研究

本文从降雨流概念出发,通过对降雨流特征量、作用力和运动方程的分析,从理论上推导出降雨流雨滴群体体积比率的物理表达式,并根据雨滴群体体积比率与雨强关系,建立了降雨流平均终速物理模型和降雨流动能物理模型.采用人工模拟降雨试验进行了参数测定.     

植物坝覆盖区明渠二维两相流场紊动特性研究

漂浮植被占用了行洪断面面积,增大了河流的阻力,遇到障物后,造成河道严重堵塞。通过室内物理模型试验和数值模拟的方法,研究、分析大面积覆盖水面的漂浮植被对河道泄洪能力、河道水体结构、水流特性的影响。根据紊动强度和雷诺应力沿程变化,从波动幅度上看,植物覆盖区波动幅度较大;对根茎区,无植物覆盖但受影响区紊动强度不大,但较无植物覆盖时的明渠水流有明显增大,植物坝覆盖区及植物坝前缘区变化显著,尤其是植物坝前缘区的紊动强度波动很剧烈。     

河床取料对枢纽通航水流条件的影响

开挖河床料场使河床地形突变,可导致枢纽通航水流条件发生较大变化。基于SMS软件,以NavierStokes方程为数学模型基础,采用加权余量伽辽金有限元求解方法,对澜沧江橄榄坝枢纽工程上下游河床有无取料场的水流流场进行数值模拟,分析取料场对水流流场和枢纽通航水流条件的影响。分析表明,取料场对上下游口门区通航水流条件有一定影响,但对上游影响较小,对下游影响较为明显。具体体现为上游取料场对主流流向、口门区回流范围无大的影响,但稍许降低断面流速;下游取料场改变下游主流方向,使主流偏离引航道口门区,有效降低了口门区斜向水流流速,水流平顺,有利于船舶航行。模拟结果表明,橄榄坝枢纽河床取料对通航有利,为工程设计提供了关键的技术支撑。     

刚性淹没球冠状植被水流特性试验研究

本文将植被体型概化为由球状树冠和主干组成的树状植被,采用Micro ADV测量了树状植被影响下明渠水流的流速分布,分析了不同流量和水深条件下4组树状植被对明渠水流的影响,着重研究了树状刚性植被水流的平均流动和紊动结构,比较了多个典型位置处水流的纵向流速、垂向流速以及紊动强度。试验结果表明,水深越小,无量纲纵向流速越大;树冠的形状对水流特性的影响较大,在树状植被附近,纵向流速的垂向分布在树干层近似均匀分布,在树冠层先减小后增大,在无植被层符合对数分布;紊动强度在树冠层较大,在树干层和无植被层较小;通过象限分析,发现下扫作用主要在植被层起主导作用,喷射作用主要在自由水层占主导。     

基于CCHE模型的重力沉沙池水沙数值模拟

为了研究重力沉沙池流量、含沙量与水沙分离效率的关系,借助CCHE软件,建立CCHE2D水沙两相流数学模型,采用混合掺长紊流模型,对重力沉沙池进行数值模拟,得到沉沙池内水流流态、悬移质输移规律以及沉沙池的水沙分离效率,并在前人研究的基础上,进一步对不同流量、含沙量情况下,其流量和含沙量对沉沙池水沙分离效率的影响进行分析。结果表明:当流量在0. 05～0. 30 m~3/s时,随着流量增大,则流速增大,水流挟沙力增大,不利于泥沙沉降,使沉沙池的水沙分离效率降低;改变初始含沙量(5～20 kg/m~3),随着初始含沙量的增大,由于沉淀池尾部回流区存在,使得部分泥沙直接被带入清水池,使得沉沙池水沙分离效率降低。     

导流板对桥墩周围紊动特性的影响

水流通过桥墩在桥墩区域形成复杂的三维流场,会对桥墩底部冲刷和桥区通航产生很大的影响,所以控制桥墩紊流区水流形态十分重要。采用RNGκ-ε紊流模型对桥墩绕流进行三维数值模拟,在墩尾设置不同长度导流板,计算分析墩周围的水流紊动强度值。设置导流板后,墩周围X/D=0~5.3断面的水流最大紊动强度值明显减小,而墩后的紊动强度普遍有减小趋势,且长度不同的导流板对同一墩型的绕流控制作用不同。合适长度的导流板能束窄紊动强度变化值σ0.1的范围,即能减小紊流宽度。     

基于水动力的植被消长模型及河道植被演替模拟

针对植被斑块在河道中的演替规律,建立了概化河道下的植被斑块消长模型。该模型以二维浅水方程组为控制方程,采用有限体积法离散求解水动力参数,利用等效曼宁系数法概化植被影响,定义床面剪切力小于阈值区域为新植被生长区,大于阈值区域为植被消亡区。考虑植被阻力对水流的影响以及床面切力对植被消长的影响,建立了植被消长与水动力过程相耦合的数学模型,模拟了不同条件下的植被区演替过程,模拟过程中重点考虑了两个床面剪切力阈值和两个初始植被密度工况。计算结果表明：植被斑块在河道内的演变通常是由块状向条带状发展,较高的剪切力阈值将产生更大的最终植被面积;当剪切力阈值系数为0.5时,最终植被面积占河道总面积的比值为47%~49%;当剪切力阈值系数为0.7时,最终植被面积占比为58%~60%;不同的初始植被分布并不会对最终植被面积产生显著影响,但较大的初始植被密度会加快植被的初始生长速率,使植被面积更快达到基本稳定水平。     

土壤中硝态氮迁移转化的数值模拟研究

为了揭示不同灌溉强度下土壤中硝态氮浓度的变化规律,选取常德市典型浅层土壤为研究对象,以动态土柱淋滤试验和静态反硝化试验为基础,运用HYDRUS-1D软件建立数值模型对不同灌溉强度下硝态氮浓度的变化进行模拟分析。结果表明:当灌溉强度大于4 cm/d时,灌溉强度超过土壤下渗能力,灌溉水按下渗能力下渗,多余的水会形成地面积水,进而形成地表径流,模拟10 d各组土壤中硝态氮的浓度差异不大;当灌溉强度小于等于4 cm/d时,灌溉水全部下渗到土壤中,模拟10 d后土壤中硝态氮的浓度随灌溉强度的增加而增大。     

坡面水流水动力模型研究

随着城市规模的快速增长,立交桥等陡坡道路建设过程中面临的积水问题越来越受到重视。为研究变坡水槽降雨径流的水力学特征,借鉴一维坡面流的基本方程,以 Roe 格式近似黎曼解方法为基础,建立了模拟自然降雨条件下不同坡度坡面流运动情况的数学模型,通过人工降雨实验验证了16 种工况下流速的拟合情况。实验结果显示,实测值和计算值之间的相对误差在0. 6% ～17. 4%之间波动,总体上维持在15%以内。计算值和实测值表明,坡面流速、水深跟降雨强度和坡度均成正比关系,符合实际情况。同时,两者之间表现出较好的拟合度,说明了该模型具备模拟坡面薄层水流的能力。