用盘式负压入渗仪计算土壤水动力参数的改进方法

本研究为根据盘式负压入渗仪测定的入渗数据计算土壤水动力参数的一种新方法。该方法是在已有方法结构不变的情况下，引入重力对入渗的影响，发展得到的新模型。为了检验新方法，分别用各种不同模型计算用数值模拟及田间试验得到的不同土壤、盘径、水头压力条件下的入渗数据并进行比较。结果表明，相对于其他方法，新方法不仅对小盘径盘式负压入渗仪得到的入渗数据适用，更适用于大盘径盘式负压入渗仪得到的入渗数据，计算的导水率能在短时间内趋于常量，且计算结果比其他方法精度更高，是一种合理可靠的计算方法。     

间接地下滴灌导水装置规格参数模型

本文根据灌水过程中水量平衡原理为间接地下滴灌建立了导水装置规格(直径,高度)参数模型,该模型中综合考虑了滴头流量、灌水定额、土壤水力特性等参数对导水装置规格的影响。通过室内恒定水头钻孔积水入渗试验与Philip模型的应用,研究了不同导水装置规格类型对三维土壤渗吸率S和土壤入渗率A的影响。基于三维土壤入渗率A等于稳定入渗量QS的假定,定量化了导水装置规格模型中的土壤水力特性参数。通过大田间接地下滴灌试验,验证了模型的可行性。结果表明,Philip模型可用于描述三维恒定水头钻孔积水入渗过程,但在土壤类型一定时,三维入渗中的土壤渗吸率S和土壤入渗率A还与导水装置总的透水面积有关。该模型设计的导水装置规格能满足间接地下滴灌灌水过程中水分不外溢的要求。间接地下滴灌灌水过程中变化的渗透面积和恒定水头钻孔积水入渗过程中恒定的渗透面积之间差异的存在,是模型误差产生的主要来源。     

推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律，推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数，获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系。用模拟的结果进行拟合，其决定系数为 0.9969～0.9997。当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率，基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解。利用数值模拟数据和实验数据检验该方法，将用此方法估计的参数值与理论值进行比较，并进行了模型中参数的敏感性分析，结果表明本研究所求得的参数有较高的精度，为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法。     

用垂直入渗法推求Gardner-Russo模型参数

通过室内垂直入渗试验研究了3种不同质地土壤的垂直一维水分入渗特性,并基于Gardner模型表征的非饱和土壤导水率和Gardner-Russo模型表征的土壤水分特征曲线形式,结合非饱和土壤水动力学方程,推导了土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率和湿润锋之间的理论关系。在此基础上推求了Gardner-Russo模型中的参数,利用试验数据对模型中参数进行了敏感性分析。结果表明,该方法所求得的参数具有较高的精度,这为土壤水分运动参数求解提供了一种简单而准确的方法。     

一维入渗实验与土壤水扩散率的确定

本文用一维水平入渗实验方法测定了土壤水非饱和扩散率D(θ)。在实验中利用γ射线衰减装置测量了土壤干容重和含水量。本文还采用新的数据处理方法获得了扩散率D(θ)的函数表达式。这些保证了所得结果准确可靠。本文还在分析结果的基础上提出了一种快速计算D(θ)的新方法,这种方法大大简化了实验和计算过程。     

水平土柱入渗法测定土壤导水率

本文提出一种用水平土柱入渗测定土壤水分运动参数——导水率的方法,其原理基于土壤水动力学已有的理论基础,通过测得的土壤吸渗率与作用水头的关系,便可求出土壤的饱和导水率K_s和非饱和导水率K(ψ),本方法概念明确,仪器设备简单,操作方便。     

充分供水条件下垂直线源灌入渗模型简化研究

为了定量预测和分析充分供水条件下垂直线源灌土壤入渗特性,基于HYDRUS-2D模型,设置了144种模拟情景,模拟得到了9种土壤在不同线源直径和线源长度条件下的累积入渗量。采用Philip入渗公式对模拟数据进行拟合,从而获得吸渗率和稳渗率。在此基础上,研究了吸渗率和稳渗率与灌溉参数间的关系,建立了考虑线源渗水面积和饱和导水率的充分供水垂直线源灌土壤累积入渗量简化计算模型。最后,利用试验数据验证了简化入渗模型的准确性。结果表明:同一土质的吸渗率与稳渗率均随线源渗水面积的增大而增大,且吸渗率与线源渗水面积符合线性函数关系,稳渗率与线源渗水面积符合幂函数关系。土壤累积入渗量的简化计算模型的统计指标E_(MAE)与E_(RMSE)分别介于1.57～2.05 L与2.38～2.88 L之间,E_(NSE)≥0.92,计算值与实测值一致性较好,简化计算模型预测效果较好,可初步实现仅通过饱和导水率K_s这个物理参数来预测充分供水垂直线源灌的入渗量。     

果园土壤入渗参数与畦灌田面综合糙率的确定

对果园畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数的准确测定,有助于提高畦灌的灌水效果。文中在山西省夹马口灌区果园,选择四种土壤表面形态进行了入渗试验,确定了土壤入渗参数,根据试验结果,将灌区土壤分为强入渗、较强入渗、中等入渗和弱入渗四种入渗类型。利用模拟畦灌水流运动零惯量模型,采用反求参数的方法,获得四种土壤入渗类型畦灌田面综合糙率系数,为类似地区进行畦灌设计和管理提供重要的参考依据。     

恒定水头井入渗Green-Ampt 模型的改进与验证

在假定恒定水头井入渗近似为以井内积水表面积为入渗面的一维入渗基础上,用湿润体内平均体积含水率增量代替Green-Ampt活塞模型中的饱和含水率与初始含水率差值。用入渗率和累积入渗量倒数的线性关系间接推求Green-Ampt模型中的参数,用湿润锋平均基质吸力和土壤饱和导水率。从而建立了适用于恒定水头井入渗的Green-Ampt模型。同时根据体积等效原理,定义了三维入渗中难以直接测定的概化湿润锋深度。经3种类型土壤的室内试验检验,表明该模型具有较好的精度,能精确地计算不同累积入渗量时的湿润体体积。     

采用基因表达式编程的沟灌入渗模型参数估计方法

入渗参数的准确估计是沟灌系统设计优化的关键问题。本文基于基因表达式编程(GEP)算法,通过数值试验获得了沟灌入渗模型参数γ估计GEP算法所需的有效数据集合,进行了参数γ的敏感性分析,确定了模型参数γ估计GEP算法的输入因子及其最优组合,建立了γ与最优组合因子的定量关系,进而提出了γ的估计方法。研究结果表明,γ对积水深度、初始有效含水率和沟深度最敏感;土壤水力特性参数对γ影响较大,模型参数γ估计GEP算法的最优输入因子组合为积水深度、沟深、初始有效含水率、饱和导水率和进气值参数;变积水深度条件下γ的估计值与定积水深度的γ值相近;在变积水深度条件下,与利用HYDRUS-2D模型计算得到的"精确"入渗量相比,应用基于γ估计值的沟灌入渗模型计算的累积入渗量误差小于5%,满足计算精度要求。入渗过程中边界效应对总入渗量的贡献逐渐增大,与细质土壤相比,粗质土壤中边界效应对总入渗量的贡献更大,本研究条件下黏壤土中边界效应最终贡献约为25%,砂土中约为37%。研究表明GEP算法可作为沟灌入渗模型参数γ估计的一种有效方法。     

STOCHASTIC ANALYSIS OF UNSATURATED FLOW WITH THE NORMAL DISTRIBUTION OF SOIL HYDRAULIC CONDUCTIVITY

Stochastic approaches are useful to quantitatively describe transport behavior over large temporal and spatial scales while accounting for the influence of small-scale variabilities. Numerous solutions have been developed for unsatu-rated soil water flow based on the lognormal distribution of soil hydraulic conductivity. To our knowledge, no available stochastic solutions for unsaturated flow have been derived on the basis of the normal distribution of hydraulic conductivity. In this paper, stochastic solutions were developed for unsaturated flow by assuming the normal distribution of saturated hydraulic conductivity ( K,). Under the assumption that soil hydraulic properties are second-order stationary, analytical expressions for capillary tension head variance (σh2) and effective hydraulic conductivity (Kii*) in stratified soils were derived using the perturbation method. The dependence of σh2 and K," on soil variability and mean flow variables (the mean capillary tension head and its temporal and sp     

岩石节理非饱和渗流特性研究

根据岩石节理非饱和渗流试验所测定的节理排泄和吸湿过程，探讨了节理非饱和渗流机理，提出了基于节理概率分布的毛细压力与饱和度的解析模型以及节理非饱和水力传导度的理论表达式. 研究表明，单节理非饱和渗流特性与二维非均质多孔介质具有一定的相似性，本文提出的有关模型可作为确定岩石节理非饱和渗流参数的基本方法。     

基于含水层渗透系数研究的云-Markov模型：建立与应用

渗透系数的精度对地下水流和溶质运移有重要影响，传统方法在计算渗透系数的过程中均存在一些局限性。本文建立了一种新的云-Markov模型对渗透系数进行预测：利用云模型中的多条件多规则不确定推理技术，根据样品的粒径分布对渗透系数进行预测，并对其进行误差分析；在此基础上利用权Markov链对预测误差的随机性进行模拟，进而根据此模拟值对云模型的预测结果进行校正，将校正后的预测值作为云-Markov模型最终的计算结果输出，即完成对一个样品渗透系数的预测。将该模型应用于华北平原典型区冲洪积扇含水层参数研究，计算结果表明：与渗透系数的实测值相比，云模型的误差相对数介于0.996~1.178间，通过权Markov误差校正后，云-Markov模型的误差相对数为1.021~1.134，预测精度较最初的云模型有了一定的提高。故与传统模型相比，云-Markov模型基本可以应用于含水层渗透系数的计算。     

基于地统计学的伊犁-巩乃斯河谷渗透系数空间变异性研究

渗透系数的空间变异性研究是水文地质领域研究的热点问题之一,然而伊犁-巩乃斯河谷区渗透系数的变化规律尚不清楚,一定程度上制约了该地区地下水形成演化和资源评价的研究进程。运用地统计学理论和方法,进行了伊犁-巩乃斯河谷含水层渗透系数的空间变异性分析。结果表明:伊犁河谷西部平原区的潜水含水层的渗透系数服从Box-Cox变换的正态分布,承压水的渗透系数服从对数正态分布,变差函数均符合高斯模型;采用Kriging最优值理论进行了插值空间分析,潜水渗透系数插值结果表现为霍城县西部渗透系数偏高,伊宁县北部为渗透系数最小的区域,巩乃斯河谷地渗透系数较稳定;承压含水层渗透系数除察县附近外,总体呈现自东向西逐渐变小的特点;结合该区地形地貌和水文地质条件,划分了潜水和承压水的渗透系数分区,为地下水资源评价提供了关键水文地质参数。     

Supervised Intelligent Committee Machine Method for Hydraulic Conductivity Estimation

Hydraulic conductivity is the essential parameter for groundwater modeling and management. Yet estimation of hydraulic conductivity in a heterogeneous aquifer is expensive and time consuming. In this study; artificial intelligence (AI) models of Sugeno Fuzzy Logic (SFL), Mamdani Fuzzy Logic (MFL), Multilayer Perceptron Neural Network associated with Levenberg–Marquardt (ANN), and Neuro-Fuzzy (NF) were applied to estimate hydraulic conductivity using hydrogeological and geoelectrical survey data obtained from Tasuj Plain Aquifer, Northwest of Iran. The results revealed that SFL and NF produced acceptable performance while ANN and MFL had poor prediciton. A supervised intelligent committee machine (SICM), which combines the results of individual AI models using a supervised artificial neural network, was developed for better prediction of the hydraulic conductivity in Tasuj plain. The performance of SICM was also compared to those of the simple averaging and weighted averaging intelligent committee machine (ICM) methods. The SICM model produced reliable estimates of hydraulic conductivity in heterogeneous aquifers.     

基于含水层渗透系数研究的云-Markov 模型的建立与应用

通过建立云-Markov模型对含水层渗透系数进行预测。利用云模型中的多条件多规则不确定推理技术,根据样品的粒径分布对渗透系数进行预测,并对其进行误差分析;在此基础上利用权Markov原理对预测误差的随机性进行模拟,进而根据此模拟值对云模型的预测结果进行校正,将校正后的预测值作为云-Markov模型最终的计算结果输出,即完成对一个沉积样品渗透系数的预测。将该模型应用于华北平原典型地区冲洪积扇含水层参数研究,计算结果表明:与渗透系数的实测值相比,云模型的误差相对数介于0.62~1.34间,通过权Markov误差校正后,云-Markov模型的误差相对数为0.74~1.27。与传统经验公式相比,云和云-Markov模型的计算精度均满足地下水资源评价的要求,其中云-Markov模型具有更高的计算精度和广泛的使用范围,但其同时也具有较高的计算成本。     

模拟渗滤液和压力对压实黏土衬垫渗透性影响的试验研究

衬垫材料防渗性能的好坏是决定填埋场有效性的关键,而渗滤液和受力条件是影响衬垫渗透系数的重要因素。从填埋场衬垫实际渗滤液和受力状态分析出发,选择CaCl2溶液为模拟渗滤液,研究模拟渗滤液和竖向压力对压实黏土衬垫渗透系数的影响。结果表明：当以模拟渗滤液代替水进行试验时,渗透系数增加约2倍;当竖向压力增大2倍时（从200 kPa增至400 kPa）,渗透系数减小约1个数量级。双因素方差分析表明：相对于竖向压力,模拟渗滤液对渗透系数的影响较小;在衬垫设计与评价时,考虑竖向应力的影响是非常必要的。     

Optimal Groundwater Remediation Under Uncertainty Using Multi-objective Optimization

A methodology is developed for optimal remediation of groundwater aquifers under hydraulic conductivity uncertainty. A multi-objective management method based on a pump-and-treat remediation technology, is proposed. The pumping rates and well locations are the decision variables and two objectives are chosen: minimization of contaminated groundwater in the aquifer and minimization of remediation cost. A Monte Carlo simulation method is used to cope with hydraulic conductivity uncertainty. A number of equally probable realizations of hydraulic conductivity are created and a Pareto front is obtained using a modified multi-objective Genetic Algorithm. A penalty function is utilized to maintain the algebraic sum of pumping and recharging rates equal to zero. Since Monte Carlo simulations are CPU time consuming, a method is proposed to identify the few significant realizations which have an effect on the optimal solution (critical realizations). A Pareto front with an assigned probability is derived, so that the decision maker can make decisions with specified reliability. In a case study with 100 realizations, only 11 realizations were found critical and need be considered. The remaining 89 realizations consistently obtain low ranks for all designs considered and do not affect decisions at 95% reliability level. Thus these realizations need not be considered which implies a 89% savings in computer time. The designs obtained using the critical realizations, retain a similar reliability for new realizations not considered in the design process.     

液力喷播中木质纤维材料的持水性能研究

通过对液力喷播用纤维材料进行纤维持水性能测试,结果表明不同原材料所制备的喷播用纤维持水性能不同,木材纤维的持水性能远远高于草本纤维的持水性能;纤维材料中的中长纤维含量影响着最大持水率,而短纤维含量则影响着毛细持水率的大小。调整纤维含量比例就可以控制纤维材料的最大持水率和毛细持水率指标。