龙门山区小流域降雨产流数值模拟研究

龙门山区小流域常由暴雨引发山洪泥石流等灾害,但由于数据的缺乏而无法明确其产流机制及发展过程.本文选取四川省龙溪河地区的山区小流域碱坪沟作为研究区域,利用基于物理概念的模型InHM对该流域的降雨产流过程进行分析.与实测流量数据的比较表明该模型在碱坪沟流域有较好的适用性.基于模拟结果分析了该流域土壤含水率以及地表/地下交换水量(入渗/出渗)在产流过程中的分布特征,结果表明:(1)土壤含水率以及地表/地下交换水量(入渗/出渗)在流域内不同位置分布不均匀;(2)在河道周边,Dunne产流机制占主要地位;(3)出渗常发生在河道周边;(4)流域内存在地下径流,且在总径流中占较大比例.该研究证实了InHM模型在西部山区小流域水文模拟中的适用性,也加深了对碱坪沟流域产流机制的了解,进而有助于明确该地区山洪泥石流灾害的产生机制.     

土石山区山坡降雨入渗产流模型

在分析土石山区下垫面特性的基础上,引入碎石体积比例系数量化土壤中碎石对入渗的影响,并考虑山坡基岩凹凸面及封闭裂隙储留,构建了一种包括植被截留、洼地储留、土壤入渗、壤中流、基岩凹凸面及封闭裂隙储留等计算模块的土石山区山坡降雨入渗产流模型;采用径流小区天然降雨产汇流试验对模型进行验证,并与现有山坡降雨入渗产流模型的模拟结果进行了对比分析。结果表明:与现有模型相比,构建的入渗产流模型可以较好地模拟地表径流强度和土壤入渗率,实测值与模型模拟值较为吻合;暴雨期土壤入渗率的模拟值远小于实测值,可能原因在于该模型忽略了碎石与土壤的直接接触面间可能形成的水流快速通道,未考虑土石山区山坡土壤层和基岩层中可能存在的优先流,模型尚需进一步完善和改进。     

膨胀性土壤降雨入渗产流模型

膨胀性土壤吸水会发生膨胀变形,这对降雨入渗产流过程有显著影响。本文以Green-Ampt模型为基础,提出了考虑土壤膨胀性的非稳定降雨入渗产流模型(GJGAM)。为量化土壤膨胀性对降雨入渗产流过程的影响,文章引入了考虑土壤膨胀性的土壤饱和导水系数及饱和含水量,并提出了两参数的计算方法。同时,应用GJGAM和传统的不考虑土壤膨胀性模型(TGAM)分别模拟了径流强度和土壤累计入渗量的室内试验过程,并与试验观测值进行了对比分析。结果表明:利用GJGAM模拟得到的土壤累计入渗量和径流强度与其实测结果吻合良好,而TGAM模拟得到的土壤累计入渗量大于实测值,而径流强度小于实测值。     

基于降雨-径流试验的高寒草甸产流机制研究

对黄河源区高寒草甸产流机制进行研究,为河源区生态环境保护、水资源科学规划管理提供基础水文理论认知。基于野外降雨-径流试验,通过回归分析构建考虑坡度和覆被因子的暴雨和中小雨产流计算模式,精度良好,能够反映暴雨和中小雨2种降雨模式下高寒草甸产流的一般特征。试验结果表明,因草甸土-植体系蓄容能力较强,高寒草甸区地表产流主要发生在暴雨模式下,中小雨模式下的地表产流量一般很小。模式应用表明,草甸发生退化后,暴雨和中小雨入渗均有减少,暴雨模式下退化草甸比高覆草甸入渗减少约12%,中小雨模式下减少约3%。     

空气阻力影响下的分层土壤非稳定降雨入渗产流模型

降雨或灌溉期内,土壤内的空气很难及时全部排出。禁锢在土壤中的空气产生的压力阻碍了土壤水分入渗。针对空气阻力对土壤入渗过程的影响,对Green-Ampt模型进行了改进,提出了非稳定降雨条件下考虑空气阻力作用的分层土壤降雨入渗产流模型(MGAM)。模型中,引入了饱和度系数(Sa)量化入渗水分剖面滞留空气影响下的实际导水系数和实际含水量,引入进水值(hwb)和进气值(hab)量化湿润锋处实际负压水头,并提出由土壤物理性质估算饱和度系数(Sa)、进水值(hwb)和进气值(hab)的参数化方案。为了验证模型适用性,采用MGAM模型模拟分析了室内开展的空气限制条件下的分层土壤非稳定降雨一维入渗产流试验观测成果,包括土壤水分分布特征、土壤累计入渗量和径流强度,并将模型模拟值与试验观测值,以及传统不考虑空气阻力TGAM模型(Traditional Green-Ampt Model)模拟值进行了对比分析,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、土壤含水量均大于实测值,而径流强度小于实测值。     

三峡库区滑坡土体降雨产流及入渗试验研究

三峡库区滑坡地质灾害数量众多,主要诱因为降雨。以该地区具有代表性的土质滑坡土体为对象,综合考虑了三峡库区1971年至2003年的230次滑坡地质灾害与降雨因素之间的关系,进行了室内降雨模型试验的设计,以探究其降雨产流及入渗规律。通过对试验结果的综合分析及比较,揭示了相应试验工况下的降雨产流及饱和-非饱和-非稳定入渗规律、地表冲刷及裂缝发育情况,同时也分析了降雨强度、前期累计降雨量及坡角三个因子对降雨过程中的坡面产流及入渗的影响。更多还原     

植被盖度及地面坡度影响降雨入渗过程的试验研究

入渗是指降落到地面上的雨水从土壤表面渗入土壤的过程，它是降雨——径流循环中关键的一环。在干旱与半干旱地区，使降雨尽可能多地拦蓄入渗是防止水土流失．保证农作物生长用水的重要战略措施。影响土壤水分入渗的因素很多．但是植被盖度以及地面坡度是重要的两个因素．因此植麓盖度及地面坡度对土壤水分入渗过程的影响，对张家口多年平均降雨量仅400mm左右地区的水保治理具有重要的意义。     

降雨条件下临水岸坡失稳试验

为探究降雨条件下边坡坡度与坡体材料对临水岸坡失稳的影响,考虑不同边坡坡度和坡体材料2个变量,开展5组降雨条件下临水岸坡失稳模型试验,观察不同时刻岸坡变形特点并采用孔隙水压力计和土压力计监测坡体不同位置的孔隙水压力和土压力变化。试验结果表明:降雨对坡体表层结构稳定性影响显著,表层结构在降雨作用下迅速饱和,抗剪强度大幅降低,稳定性劣化,而内部结构因为水体较难渗入,影响较小;边坡坡度对边坡稳定影响较大,坡度越大降雨下渗越深入,下滑力增大,向下渗透力更强,对边坡稳定不利,即影响性坡度60°45°30°;坡体材料直接影响边坡稳定,不同材料的坡体渗透性能不同,当坡体含砂率为40%时渗透性能最好,坡体在5 min产生破坏且孔隙水压力响应较快,其发生失稳的概率更高;而坡体为纯黏土时渗透性最差,未产生明显破坏且坡内孔隙水压力响应较慢,降雨对边坡稳定性的影响有限。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。     

水土保持措施下的土壤入渗研究及次暴雨地表产流计算方法

从土壤水分下渗能力曲线出发，从理论和实验分析两方面说明水土保持措施下土壤入渗性能的改良作用。考虑到流域实际的下渗能力，建立了将下渗能力曲线，不稳定降雨过程和前期土壤含水量有机联系起来的流域场暴雨地表径流计算模式。     

不同土壤含水量的动态临界雨量拟定方法研究

由于资料缺乏和对临界雨量分析不足等问题,部分山洪防治地区山洪预警效果不佳。基于流域降雨径流关系,结合流域土壤含水量和前期实测降雨量,计算了河道洪峰流量达到安全泄量所需的下一时段降雨量（临界雨量）;并以最小二乘法准则拟合前期实测降雨与临界雨量之间的函数关系,建立了不同土壤含水量等级下的动态临界雨量计算函数。依据试验流域隽水1964～2014年共38场具有代表性的典型洪水过程资料,对所建立的动态临界雨量计算函数进行检验,并开展山洪预警试验,合格率达到94.7%。表明该方法用于山洪预警在技术上是可行的。     

裸岩石砾地覆土厚度对土壤水分的影响

覆土厚度与土壤水分的关系密切,直接影响到土地的整治与利用效果。设置一试验小区,在分析土壤水分的时间动态分布特征及空间变化特征的基础上,研究了裸岩石砾地不同覆土厚度对土壤水分的影响。结果表明:覆土厚度在50 cm以内时,土壤水分的时间变异性较大,土壤水分随土层深度的增加而增加,覆土厚度对表层土壤水分含量影响较大;覆土厚度超过50 cm后,土壤水分含量相对稳定,时间变异性较小,土壤水分随土层深度的增加呈先增大后减小趋势,表层土壤水分含量变化不大。通过分析得出,为保障土壤水分含量,在裸岩石砾地整治中,覆土厚度不宜小于50 cm,研究成果为类似地区土地整治中覆土厚度的确定提供了一定的理论依据。     

坡度对三峡库区紫色土坡面径流侵蚀的影响分析

基于运动波理论,在紫色土坡面径流侵蚀力和径流侵蚀能力的影响因素分析基础上,对三峡库区紫色土坡面土壤侵蚀的临界坡度进行了分析,分析结果表明:(1)坡面径流流量、水深和流速均随降雨强度的增大而增大,坡面径流流量和坡面径流水深随坡度的增大而减小,而流速随坡度的增大先增大再减小,在坡度为33.21°时达到最大值;(2)坡面径流侵蚀力随着降雨强度的增大而增大,而坡度对它的影响较为复杂,这个特定坡度随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,对紫色土坡面而言,在37.14°～46.19°之间;(3)坡面径流侵蚀能力在临界坡度处达到最大值,临界坡度是一个变量,随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,紫色土坡面径流侵蚀的临界坡度在35.93°～40.78°之间.     

新安江模型在土壤墒情预报中的应用

近年来干旱已严重影响到自然生态环境的平衡及人类社会、经济的可持续发展。而墒情预报是干旱管理的一项基础工作。本文分析了国内外墒情预报的模型方法,并将新安江模型移用于土壤墒情的预报研究中,建立了基于水量平衡的土壤墒情预报方案。从模型的预测结果可以看出,模拟预报结果和实测值基本一致,该方法精度是较高的。新安江模型预报土壤含水量的模型结构简单,涉及参数少且物理意义明确,易于调试优选,便于在实际工作中推广使用。     

新安江模型在土壤墒情预报中的应用

近年来干旱已严重影响到自然生态环境的平衡及人类社会、经济的可待续发展。而墒情预报是干旱管理的一项基础工作。本文分析了国内外墒情预报的模型方法,将新安江模型移用于土壤墒情的预报研究中,建立了基于水量平衡的土壤墒情预报方案。从模型的预测结果可以看出,模拟预报结果和实测值基本一致,该方法精度是较高的。新安江模型预报土壤含水量的模型结构简单,涉及参数少且物理意义明确,易于调试优选,便于在实际工作中推广使用。     

辽河中下游土壤含水率的监测及分析

监测土壤含水率主要采用土壤水分传感器法和土壤烘干法,通过台安实验站的实验资料对上述两种监测方法进行对比分析,阐述其优缺点,分析各自出现的误差及误差产生的原因。为更好地监测土壤含水率提供了理论依据。     

冻融循环下格栅加筋粘土土体 含水率试验研究

通过一系列室内含水率测试试验,研究了格栅加筋粘土在多次冻融循环条件下土体含水率的变动情况,探讨了填料压实度,加筋层数和初始含水率对冻融后土体含水率变动的影响规律。结果表明,压实度对土体ωi影响最大,低压实度时,Δω1为正值,高压实度时,Δω1为负值;加筋层数次之,ω1值随加筋层数增加而减小,在压实度高的土体中尤为显著;初始含水率影响最弱,仅在土体压实度较低时,较大的初始含水率会引起较大的Δω1值。     

滴灌作用下膨胀土边坡表层含水量影响因素分析

含水量是影响膨胀土裂隙开展的关键因素,基于控制含水量(后称"控水")的思路治理膨胀土边坡的方法具有重要的工程意义。提出利用滴灌加湿作用控制膨胀土边坡裂隙的理念。运用有限元分析方法,研究滴灌作用下膨胀土表层初始含水量、滴灌量、滴灌历时以及坡度等关键敏感性因素对边坡表层含水量的影响规律。研究结果表明:膨胀土具备较强的保水性能;初始含水量低、持时短、大间距的滴灌,不利于土体水分重分布;多点源交汇滴灌下的坡度越大,滴灌浸润范围越大。因此,可通过开启较高的滴灌临界含水量、设置较大坡度以及合理的滴头水平间距来增强膨胀土边坡表层土体的加湿效果。     

Comparison of soil moisture at different depths for drought monitoring based on improved soil moisture anomaly percentage index

To better understand the characteristics and mechanisms of droughts at different drought stages, this study selected the Xiangjiang River Basin in China as the study area, and evaluated soil moisture (SM) at different depths for drought monitoring, through SM data simulated with the variable infiltration capacity (VIC) model. To solve the problem of unreasonable drought/wetness classifications based on the soil moisture anomaly percentage index (SMAPI), an improved soil moisture anomaly percentage index (ISMAPI) was developed by introducing the Box–Cox transformation. The drought/wetness frequency generated by ISMAPI demonstrated preferable spatial comparability in comparison with those from SMAPI. The lag time of ISMAPI relative to the standardized precipitation evapotranspiration index was closely related to soil depth, and was characterized by a fast response in shallow soil layers and a relatively slow response in deep soil layers. SM in shallow soil layers provided a measure for monitoring short-term droughts, whereas SM in deep soil layers provided a better measure for long-term persistent drought events. Furthermore, the occurrence and mitigation time of drought events identified by SM in deep soil layers usually lagged behind that identified by SM in shallow soil layers. Compared with deep SM, SM in shallow soil layers responded faster to meteorological anomalies, thereby resulting in shorter periods of SM persistence in shallow soil layers than in deep soil layers. This can explain the differences of SM at different depths in drought monitoring.     

土壤膨胀性对土壤饱和水分运动参数的影响

膨胀性土壤吸水后易膨胀变形,从而影响到土壤水分的运动参数。为了研究土壤膨胀性对土壤饱和水分运动参数的影响,采用室内土柱试验装置分析了不同土壤厚度（2,4,6,8,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 cm）对3种土壤（沙土、黄绵土、娄土）土壤容重、土壤饱和含水量、土壤饱和导水系数的影响,并分别用幂函数、指数函数和对数函数进行了拟合分析。结果表明：① 土壤饱和膨胀率、饱和比容积、饱和含水量和饱和导水系数均随土壤厚度增加而减小。② 通过3种函数拟合效果对比发现,幂函数具有最佳拟合效果。