人工降雨条件下坡面流试验分析

采用5个固定坡度的试验水槽和人工降雨系统模拟了不同坡度和雨强下的坡面薄层水流,分析其水动力学特性随坡度和雨强的变化规律,为坡面侵蚀理论提供了试验依据.研究结果表明,人工降雨条件下坡面薄层水流各水力学特性与坡度和雨强呈较好的函数关系.     

新安江模型在土壤侵蚀模拟中的应用

以淮河上游大坡岭水文站以上为研究流域,将新安江模型与修正通用土壤流失方程耦合,构建基于网格尺度的流域坡面泥沙负荷计算模型,结合河道泥沙输移计算模型,实现流域径流量、泥沙负荷时空变化全过程模拟.应用2000～2008年实测日降水、日蒸发、日流量和日含沙量等资料,以日为时间尺度模拟计算了大坡岭站的径流量和泥沙负荷.结果表明,新安江模型可成功应用于淮河流域水土流失预报,扩展了新安江模型的应用领域,对从源头控制淮河流域上游水土流失和面源污染、水土资源的可持续开发和利用具有一定的指导意义和参考价值.     

塔什米里克弯道式引水枢纽平面二维水沙数值模拟

针对新疆盖孜河塔什米里克弯道式引水枢纽工程上下游泥沙淤积及冲沙过程中大量推移质泥沙磨蚀建筑物的问题,运用CCHE2D软件构建了塔什米里克引水枢纽工程平面二维水沙运动模型,据此研究了泥沙输移情况及其颗粒分布规律,并对模型进行了验证。模拟结果表明,河床推移质自上而下输移过程粒径分布呈上粗下细的分布规律、推移质单宽输沙率与上游来流量呈正相关性;同时针对引水口的泥沙淤积问题,计算并提出"间歇冲沙"的闸门优化运行方式,有效降低了河床泥沙淤积量,为解决类似引水枢纽工程泥沙问题提供了参考。     

港口湾水库对水阳江上下游泥沙输移的影响

以水阳江干流宣城水文站、支流胡乐司水文站1974~2010年逐日输沙量和含沙量资料为基础,分析了港口湾水库建立前后对水阳江上下游泥沙输移影响的变化过程,采用M-K趋势法检验了建库前后的输沙量和含沙量,选取年内分配变差系数、年内分配不均匀系数、完全调节系数、集中度、FI指数5个指标分析了输沙量年内分配规律及不同时段的含沙量与输沙量。结果表明,港口湾水库对水阳江上下游泥沙输移影响显著,两站输沙量和含沙量减幅大,变化趋势明显,不同时间尺度下建库前后的泥沙输移均发生了不同程度的改变。总体上看,年内分配变化更大、集中度更小。     

沥青坡面水流特性影响因素敏感性分析

为阐明城市沥青道路坡面积水分布影响机理，采用二维浅水方程模拟分析沥青坡面降雨径流特性，基于全局综合敏感性分析的正交试验法，对引起沥青坡面不同程度积水的多重影响因素(坡面横坡、纵坡、坡面宽度、坡长、降雨强度及糙率系数)进行综合敏感性分析。以最大径流深度为敏感性分析指标，同时进行极差分析和方差分析，不仅给出了各影响因素敏感性排序，且明确了各影响因素的显著性水平。研究结果表明，漫流排水条件下，横坡、坡面宽度及降雨强度对坡面径流深度影响均较显著；坡长对坡面径流深度影响不显著；坡面径流深度与横坡均呈负相关关系，与降雨强度、坡宽、坡长呈正相关关系，与糙率系数呈先负后正的相关关系。研究成果可为工程实践提供参考。     

坡度与降雨强度对坡面侵蚀产沙过程影响的试验研究

鉴于坡度和降雨强度的变化对坡面侵蚀产沙过程影响明显,通过设计室内大型试验土槽,采用室内人工模拟降雨的方法,对不同坡度和降雨强度下坡面侵蚀输沙动态过程进行试验研究。结果表明,在降雨强度不变的条件下,累计产沙量、输沙率随坡面坡度增大而增大;同一坡度下累计产沙量、输沙率随降雨强度的增加而增加;输沙率与降雨强度呈线性关系,与坡度呈幂函数关系。进而基于试验结果,通过二元非线性回归,建立了输沙率、单位面积单位时间产沙量、坡度及降雨强度之间的经验公式。     

引黄渠道水沙输移及冲淤规律研究

以尊村灌区一干改造渠段为例，研究渠道泥沙输移特性及冲淤变化规律。通过沿程悬移质、床沙质取样和实测流速，分析渠道淤积成因。结果表明，淤积最严重情况发生在渠首，停水期泥沙淤积是造成渠道淤积的重要因素，给出了各输水工况下应满足的挟沙流速，为今后渠道减淤，灌区高效运行提供了依据。     

最不利停机状态下兆瓦级风力机风驱雨分布特性研究

为系统探索此类风力机风雨分布特性,设置不同风速及降雨参数,以中国某1.5 MW风力机为工程背景,建立三维塔筒-机舱-叶片一体化刚体模型,采用欧拉-拉格朗日方法,展开风雨联合数值模拟,从雨滴着点分布特征、雨滴速度分布特性与雨荷载3个方面进行分析。研究表明,风力机下部叶片在中等风速暴雨雨强工况下着点比例最高;雨滴粒径集中范围随风速的增大而逐渐偏向较大粒径;叶片下部在低风速工况下,随雨强的增加,其雨滴末速度逐渐朝高风速方向迁移,叶片上部此类迁移现象更为明显;相同风速等级下,雨荷载随雨强的增加而显著升高;中等风速强大暴雨工况下雨荷载9种工况中的雨荷载极值。     

不同雨型条件下非饱和土边坡渗流及稳定分析

为探讨不同降雨等级下不同雨型对非饱和土边坡渗流及稳定性的影响,基于降雨入渗渗流理论,运用Geostudio有限元软件研究非饱和土边坡在中雨、大雨、暴雨降雨等级下分别历经前峰型、均匀型、后峰型、阶梯型4种不同雨型的孔隙水压力及安全系数的变化规律。结果表明,在相同降雨等级下各雨型对孔隙水压力的变化速率呈现不同的变化规律,即前峰型呈上凸型,均匀型呈直线型,后峰型呈下凹型,阶梯型呈先凸后凹型,对安全系数的变化速率与之相反;降雨等级相同时,后峰型降雨对坡体孔隙水压力的上升幅度最大,同时对安全系数的下降幅度也最大,对坡体的稳定最不利;在相同降雨雨型、不同降雨等级下,降雨等级越高,坡体孔隙水压力越大,安全系数越小,对坡体的稳定越不利。     

入汇角60°时入汇口泥沙淤积试验研究

通过水槽试验研究了山区大比降河流入汇口淤积情况,探讨了入汇角为60°时泥沙淤积的形态及泥沙淤积与水流、输沙率的关系.试验结果表明,泥沙的淤积位置与淤积体高点随汇流比的变化而变化,泥沙淤积抬高入汇口上游的水位且随汇流比增大抬升越明显,亦增加了河道推移质输沙率.     

考虑地形与降雨因素的植被混凝土边坡侵蚀量研究

利用室内模型植被混凝土边坡冲刷试验数据54组,建立BP神经网络模型,输入层采用3节点,对应3个受制因子(降雨强度、坡率、降雨历时),隐含层节点数4,输出层为1节点,输出侵蚀模数。样本数据随机分成44组训练样本与10组测试样本,通过建立的神经网络训练学习,对测试样本的计算值与真实值比较,验证计算模型的合理性;同时根据权值矩阵分析受制因子的影响显著性。研究结果表明,大部分样本数据真实值与计算值相对误差小于10%,决定系数R~2=0.960,说明BP神经网络能很好应用于植被混凝土边坡泥沙侵蚀模型的计算预估中;受制因子显著性排序为降雨强度降雨历时坡率,其中降雨强度显著性为2,远大于降雨历时与坡率。该结果在一定程度上能够对植被混凝土边坡施工与设计提供参考。     

模拟降雨条件下岩溶地区马尾松林下地表径流特征

以贵州省贵阳市岩溶地区为例,通过野外人工模拟降雨试验,研究了不同坡度(15°、20°、25°)的径流小区在不同雨强(60、90、120mm/h)下马尾松林地表径流的变化特征。结果表明,岩溶地区马尾松林下,雨强对地表径流有明显影响;随着降雨持续进行,陡坡时的径流量增幅显著大于缓坡;随着雨强增加,坡度对累积径流量的影响变得显著;坡度对累积径流量的影响并非线性关系,而是坡度较陡时影响程度更大,但不同雨强条件下径流总量的增幅不一致;岩溶地区马尾松林地在中等雨强时地表径流大,大雨强时地表径流反而较小。     

降雨入渗对土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

基于多孔介质饱和-非饱和非稳定渗流理论,以那板心墙土石坝为例,采用有限元法模拟正常蓄水位时不同降雨强度、降雨历时条件下的土石坝暂态渗流场,然后将暂态渗流场与极限平衡法相结合计算坝坡的稳定性,为了考虑基质吸力对坝体材料抗剪强度的影响,计算中采用修正的摩尔-库伦（Mohr Coulomb）破坏准则。结果表明,降雨强度和降雨历时对土石坝暂态渗流场及坝坡稳定性有明显的影响。     

基于极限平衡及蒙特卡罗法的含软弱夹层边坡降雨失效概率研究

鉴于软弱夹层物理力学参数的空间变异性对降雨条件下边坡的渗流特性、稳定性及失效概率的影响,利用Geostudio软件中的SEEP/W和SLOPE/W模块,分析了不同类型降雨条件下含软弱夹层边坡的不同监测面的孔隙水压力变化、体积含水率变化、确定性安全系数变化及失效概率。结果表明,边坡上部孔压与体积含水率在一定高程内保持不变,而在深部呈线性增大,下部孔压则呈持续线性增大趋势,在软弱夹层处孔压与体积含水率呈现突变,不同类型降雨影响了边坡表层孔压的变化幅度,在停雨后趋于一致。安全系数总体上呈先下降后上升的规律,在停雨时刻安全系数达最小值,后锋型降雨对边坡安全系数影响最大,其次是平均型降雨,再次是中锋型降雨,最后是前锋型降雨。不同类型降雨(平均型降雨,前锋型降雨,中锋型降雨及后锋型降雨)的失效概率分别为8.3%、9.1%、4.2%、3.6%,可见不同类型降雨条件下含软弱夹层边坡失效概率排序为前锋型降雨平均型降雨中锋型降雨后锋型降雨。     

某大学校园及周边不同下垫面降雨径流污染过程研究

以大学校园及其周边区域降雨、径流和径流水质3年观测试验数据为依据,分析不同下垫面降雨过程、径流过程及污染物运移过程的规律及特征,计算出不同下垫面污染物输出系数。结果表明,雨水中氨氮浓度高于Ⅳ类水质标准,悬浮物、硝酸盐氮和COD浓度均低于最高水质标准;产流时间与产流前平均降雨强度呈幂函数关系,不同下垫面径流过程与降雨过程呈正相关关系;径流强度是径流携带污染物运移的重要影响因素,径流强度增加,径流携带污染物质量随之上升。污染物输出系数计算结果表明,屋面主要污染物为含氮污染物,餐饮街道主要为有机污染,不同下垫面悬浮物、硝酸盐氮、氨氮和COD输出系数均值分别为2294.91、7.21、14.86、430.34kg/hm2/a。     

降雨条件下双层土斜坡稳定性的简化分析方法

Green-Ampt模型原理简单、使用方便,在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力。推导了适用于双层土斜坡的Green-Ampt降雨入渗分析模型,并给出了降雨入渗量随降雨时间变化的解析表达式。提出的模型预测的孔隙水压力分布与Richards模型预测结果类似。在此基础上,基于极限平衡法提出了双层土斜坡的安全系数计算方法。研究表明,随着降雨时间的增加,湿润锋位置逐渐下移,安全系数随着也慢慢减小。当下层土强度较高时,最危险滑动面位于第一层土体的底部,在一段时间内安全系数将不随时间发生变化。但当雨水入渗深度足够大时,最危险滑动面重新位于湿润锋位置处,此时安全系数将随着入渗深度的增加再次增加。斜坡安全系数降低的速率随着降雨强度和斜坡坡度的增加而增加,因而在相同条件下高强降雨及坡度较陡斜坡更为危险。方法计算简便,可以更方便的应用于工程实践,并且具有继续研究的价值。     

基于RUSLE的未来降雨条件下江苏省沿江地区土壤侵蚀预估

近年来极端气候事件频发,多地区强降雨的增多加重了土壤侵蚀程度。采用世界气候研究计划组织的耦合模式比较计划第五阶段实验计划(CMIP5)中BCC_CSM1.1模式在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候变化情景下的未来降雨降尺度输出结果,结合GIS和修正的通用土壤流失方程(RUSLE)预估江苏省沿江地区未来土壤侵蚀程度,并分析未来不同气候变化情景下土壤侵蚀与降雨的相关性及空间分布特征。结果表明,不同气候变化情景下,江苏省沿江地区的平均土壤侵蚀模数为1.58~1.65t/(hm^2·a),土壤侵蚀总量为764.70×10^4~794.65×10^4t/a,土壤侵蚀占总土地面积的32.503%~32.504%,土壤侵蚀烈度与降雨量大小呈正相关。     

降雨类型对浅层深层滑坡渗流及稳定性的影响

为研究不同降雨类型对浅层及深层滑动面渗流特性及边坡稳定性的影响,采用有限元分析软件Geo-slope中的Seep/w和Slope/w模块,分析了相同降雨量不同降雨模式(平均型、前锋型、中锋型、后锋型)下浅层及深层体积含水率、孔压变化规律,得出了其安全系数随时间的变化曲线。结果表明,降雨期间边坡表面体积含水率增大至饱和,孔压趋向于0,停雨后边坡上部体积含水率及孔压逐渐减小,而坡脚处几乎不变,不同降雨模式影响了土体含水率及孔压的分布;下部浅层滑动面安全系数变幅大于上部浅层滑动面,深层滑动面安全系数变化滞后于降雨;平均型降雨对于深层滑动面安全系数影响最大,而后锋型降雨对于浅层滑动面安全系数影响最大。研究结果为边坡滑坡机理的认识及滑坡治理提供了参考。