稳定积雪覆盖下的季节性冻土水分特征及其数值模拟

为了深入研究积雪覆盖边界条件下的土壤水分迁移规律,通过冬季野外土壤水分观测试验,利用土壤水动力学理论,建立了稳定积雪覆盖条件下季节性冻土水分迁移模型。研究结果表明,积雪覆盖土壤比裸地平均地温高出1℃,土壤体积含水率(土壤剖面0～100cm内)高出2%,体现了积雪覆盖不仅能够阻碍土壤热量散失,而且能保持土壤墒情;建立的水分迁移模型能够精准的模拟积雪覆盖条件下冻结土壤水分迁移动态,其相对平均误差仅为3.51%。研究结果对于丰富和完善冻土水分迁移理论,解决春旱和冬小麦"冷拔"等问题具有重要的理论和实践意义。     

降雨条件下重塑黄土中水分迁移模型试验研究

在黄土地区,降雨作用是诱发灾害的主导因素之一,研究重塑黄土在降雨入渗条件下的水分迁移特性有着重要意义。本研究自行研发了水分迁移特性测试装置,将黄土的体积含水率与电导率特性等引入到一个测试系统中,在降雨入渗条件下,开展了重塑黄土中水分迁移模型试验。研究结果表明:不同压实度试样(k=0.75～0.91),小雨(日降雨量为7.1 mm)时水分在试样中迁移的最大深度Hmax=0.20～0.35 m,大雨(日降雨量为35.4 mm)和暴雨(日降雨量为63.7 mm)时水分迁移最大深度分别为Hmax=0.55～0.65 m,Hmax0.70 m;建立黄土电阻率与饱和度之间的关系式,采用黄土电阻率的方法探究重塑黄土中水分迁移特性;不同雨型下,重塑黄土中水分迁移特征各异,小雨状态下的入渗线呈现出"Y"型,大雨状态下的入渗线呈现出"D"型,暴雨状态下的入渗线呈现出"Λ"型。     

不同遮蔽条件下季节性积融雪过程差异规律对比研究

寒旱区季节性积雪融雪水文过程对气候与环境变化高度敏感,研究影响季节性积雪积累与融雪过程的关键因素并进行适应性调控,对维护变化环境下流域水安全与水资源可持续利用具有重要意义。通过对新疆天山北坡乌鲁木齐河流域试验区2017年12月-2018年3月不同遮蔽条件下(林冠下、开阔地)季节性积雪层分层物理特性进行试验观测,分别分析积雪期、融雪期雪层分层物理特性及差异特征。结果表明:积融雪期内,林冠下积雪平均深度略小于开阔地,分层积雪中深霜层与粗粒雪层深度比重较大;积雪期内,开阔地分层积雪液态含水率呈单峰型变化,林冠下分层积雪液态含水率自上而下呈均匀递增趋势,融雪期不同遮蔽条件下雪层液态含水率均随雪深垂直廓线变化呈单峰型,峰值集中在细粒雪层;积融雪期分层积雪密度垂直廓线变化特征基本一致,均呈单峰型。     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律,以不同初始含水量的陕北风积砂为研究对象,在不破损试样的前提下进行含水量的实时监测。分析了风积砂内部含水量、渗透强度的时空变化规律,得到了土水特征曲线,揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明：在等温条件下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力;同一干密度下、不同初始含水量的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同;风积砂渗透强度随着初始含水量的增加呈现递减趋势;风积砂土水特征曲线的分布包含三个阶段：饱和段、过渡段、不变段,其中饱和段分布规律基本相同,过渡段内水分变化梯度存在较大差异,水分变化梯度随初始含水量的增大而逐渐减小。     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律,以不同初始含水率、不同干密度的陕北风积砂为研究对象,在不损坏试样的前提下在试验室进行含水率的实时监测。分析了风积砂内部含水率、渗透强度的时空变化规律,得到了土水特征曲线,揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明:在等温条件下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力;同一干密度下、不同初始含水率的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同,补水量随着初始含水率的增大而减小,渗透强度随着初始含水率的增加呈现递减趋势;风积砂土水特征曲线的分布包含饱和段、过渡段和不变段,其中同一干密度土样的曲线的饱和段水分分布规律基本相同,过渡段内水分变化梯度存在较大差异,水分变化梯度随初始含水率的增大而逐渐减小;对于不同干密度的风积砂,在相同初始含水率下,补水量和渗透强度随干密度的增加而减小,毛细水上升高度随着干密度的增加而增大。     

季节冻土区渠道水分迁移规律及冻胀特性试验研究

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。     

单向冻结作用下非饱和土水分迁移对变化控制条件的响应

应用室内土柱试验装置,开展非饱和土室内单向冻结试验,研究土样水分迁移对不同冻结温度、初始含水率、土密度、冻结时间、溶质浓度以及溶质种类条件的响应。结果表明：(1)土样的温度场分为3个阶段：急剧降温阶段、缓慢降温阶段和稳定阶段,土样在冻结100h后,土样温度场处于稳定;(2)土样中,水分迁移量随着冻结温度的降低而减小,随着冻结深度的增加,土样含水量呈先增加后减小的趋势;初始含水量对冻结土样含水量的变化有影响,但对冻结位置变化不明显;在冻结深度30cm前,土密度越大,含水量越高,此后土密度越大,土颗粒间越密实,水分迁移能力减弱,水分迁移量减少;冻结时间越长,土样水分迁移曲线越平缓,随着冻结速率的增大,水分迁移出现先增大后减小的趋势;(3)溶质浓度越大,土样渗透系数越大,土粒孔隙越大,水分迁移量越大;NaCl比CaCl₂的水分运移能力强,CaCl₂对水分运移起阻滞作用,水分堆积在土样中最多,含水量要高。     

不同灌溉条件下的水稻需水规律及水分生产率分析

稻田需水量包括植株蒸腾、棵间蒸发、田间渗漏3部分。研究表明，水稻在充分供水条件下所形成的蒸腾量中包含了一部分无效蒸腾，无效蒸腾量的减少不会影响作物的生长发育，反而会有不同程度的增产和优质效应。节水灌溉技术的推广产生了明显的经济与社会效益。结合当地实际情况采用3种常见的灌溉方式探讨了不同灌溉方式下水稻的需水规律、灌概定额和生产率的差异，为水稻节水高效栽培提供理论与技术依据。     

无砟轨道地基泥岩膨胀变形及水分迁移速率衰减规律

高铁无砟轨道对膨胀变形值要求极为严格,地基膨胀泥岩浸水引起的胀缩变形将对行车安全性和舒适性产生影响。为研究泥岩随浸水位置水平距离和深度增加时膨胀速率及水分迁移速率的衰减规律,以兰新铁路第二双线某处典型膨胀泥岩为研究对象,通过顶部和侧面两种浸水方式进行三组重塑泥岩膨胀变形试验。试验结果表明:距离浸水管水平长度不同,膨胀时程曲线变化规律不同。距离浸水管水平长度越远,膨胀速率越慢,水分迁移速率亦越小;侧面浸水时沿深度方向首先引起底部土体膨胀。通过对试验数据进一步分析,提出用初期平均渗透系数分析水分迁移速率衰减规律,经计算可知,水分迁移速率随与浸水管水平距离和垂直距离的增大均呈衰减趋势。研究结果可为地基泥岩上拱病害治理及预警提供理论支撑。     

温－湿耦合环境下黄土遗址水分迁移规律试验和数值模拟研究

干缩开裂是黄土遗址保护所面临的重要难题。遗址挖掘并暴露于自然或人工环境后,在温－湿耦合作用下造成土体失水,产生吸力驱动的收缩变形,进而导致开裂破坏。因此,研究温－湿耦合环境下黄土遗址水分迁移规律对防治其开裂破坏具有重要意义。采用瞬态剖面法开展土柱蒸发试验,测试并比较不同干密度的非饱和黄土水力特性参数:持水特征曲线和渗透系数曲线。进一步地,基于所测试黄土水力特性参数和现场的监测数据,采用非饱和土渗流软件模拟一年内兵马俑遗址一号俑坑在温－湿耦合环境下的含水率和吸力分布规律。研究结果表明:空气湿度对遗址内吸力的影响比温度更大,且较高的空气湿度有利于抑制吸力的增大;低温有利于抑制吸力的增大;温度与空气湿度都无法抑制遗址的失水。本研究对黄土遗址防治干缩开裂灾害提供了有益探索,具有重要参考价值。     

新疆内陆河流域融雪期积雪深度变化影响因素研究

采用因子分析法结合多元线性回归分析法对影响融雪期积雪深度变化的因素进行分析.结果表明:融雪期积雪深度与热能因子(地表温度,气温,净辐射)呈负相关,与水汽因子(水汽压,相对湿度,降雨)呈弱的负相关.空气流动因子(日均风速)对其影响较微弱;在此基础上对各因素的影响强弱,按大小进行排序,各因素对融雪期积雪深度变化影响的排序为:热能因子＞水汽因子＞空气流动因子.建立的回归方程通过了显著性检验表明:利用因子分析法与多元线性回归分析法结合,分析融雪期积雪深度的变化影响因素是可行的.     

群井回灌渗滤液条件下填埋场水分迁移规律研究

为研究群井回灌渗滤液条件下填埋场内部水分迁移规律,基于已有的考虑生化降解的城市固体废弃物(MSW)力-液-气耦合一维沉降模型,并考虑到垃圾的分层填埋造成渗滤液的水平向渗透系数大于竖向渗透系数,忽略渗滤液的竖向流动,建立了填埋场群井回灌渗滤液时的液相运移方程,推求出常水头和常流量补水条件下的解析解,并以常水头回灌渗滤液为例分析了填埋场内水压变化规律。结果表明:填埋场内部生化反应造成水压初期降低,之后垃圾降解速率减慢和渗滤液回灌充分造成水压增大,且回灌水头越大、井距越小,水压增大越快。更多还原     

节灌控排条件下氮磷迁移转化规律研究

针对我国灌排面积不断增加、水资源利用效率不高、化肥流失严重等问题,结合田间对比试验,考虑节水灌溉与控制排水的协同效应,通过控制变量法研究灌排因素对排水量、氮磷流失量的影响和土壤水中氮磷迁移转化规律,发现：浅灌深蓄（G1）模式下控制排水（L1）的排水量较非控制排水（L2）的排水量减少了7.59%,浅勤灌溉（G2）模式下L1的排水量较L2处理下减少了8.44%;同时L1处理下NO3--N、NH4＋-N、TN、TP流失量分别比L2处理下的流失量减少了34.08%、7.11%、11.31%、56.4%。由此可知,控制排水对减少排水量和氮磷流失量具有明显的效果,G1L1的灌排组合更有利于控制田间排水量、减少氮磷流失。     

包气带水分迁移离心模拟的可行性探讨

包气带水分运动是污染物运移及水、汽、热运动的主要驱动力,对于研究“四水”转换、地下水来源、水资源开发利用、生态保护及人类的生产生活都具有十分重要的意义。然而,能否将离心模拟应用于包气带水分迁移仍存在争议。通过建立离心场内一维包气带水分迁移的理论和数值模型,选用4套文献数据进行验证,探讨了将离心机用于包气带水分迁移的可行性。结果表明:①数值模型能够很好地重现文献中包气带水分迁移过程,与实验数据匹配较好;②分析物料守恒误差发现,当时间步长和空间步长取值都足够小时,数值模拟结果的质量能够保证为优秀;③离心模拟技术应用于包气带水分迁移是可行的;④离心模拟时加速度分布不均会导致模型底部的水分迁移滞后于原型,使用更高的离心加速度能够减轻这种现象。     

辽宁温室滴灌种植条件下番茄结果期需水规律和水分利用效率研究

为了阐明滴灌技术的节水潜力,在设施大棚条件下,研究了不同灌水量下对番茄结果期生长指标、产量和水分利用效率的影响.适度减少灌水(0.85 EP)可显著影响番茄结果前中期的株高与茎粗,但对番茄最终的株高与茎粗则无显著影响.与常规灌水相比(1.00EP),0.85 EP处理显著提高了水分利用效率的同时,番茄的产量上也没有明显...     

避雨条件下水分胁迫对中稻不同生育期生长指标及产量的影响

为了查清不同程度的干旱胁迫对中稻生长指标及产量的影响,以杂交稻“天优华占”为材料进行盆栽试验,在分蘖期、孕穗期、抽穗期和乳熟期设置轻旱、中旱、重旱三个水分胁迫水平,以正常间歇灌溉为对照（CK）,监测土壤含水率,测量各生育期不同水分梯度下的株高、分蘖数、叶绿素含量和叶面积,分析各生育期不同干旱胁迫对水稻生长指标和产量的影响。结果表明：干旱胁迫在拔节—孕穗期对株高抑制最显著,分蘖期对分蘖数和叶面积影响最明显,抽穗—开花期对叶绿素的合成影响最大且日需水量最高;干旱胁迫对产量最敏感的时期是抽穗—开花期,不同胁迫水平均会减少水稻的有效穗数、千粒重和结实率,三个胁迫水平较正常水平（CK）分别减产27.57%、44.23%、46.32%;采用相关分析得出影响产量相关度从大到小依次为千粒重、结实率和有效穗。因此,确保抽穗—开花期的水分供给能够有效改善水稻的千粒重、有效穗和结实率,提高水稻的产量和水分利用效率。     

离子土壤固化剂改性膨胀土冻融过程中水分迁移试验研究

为研究离子土壤固化剂在冻融过程中对膨胀土的影响,采用高低温冻融循环试验箱、DT85G数据采集器和电阻式温度传感器组成一套室内水分迁移试验装置,在一定的试样几何尺寸和外界试验条件下展开离子土壤固化剂加固前后膨胀土水分迁移过程的试验研究。通过测定试验前后膨胀土试样不同位置处含水率、干密度、孔隙率,同时记录该过程中试样不同位置处温度随时间的变化,分析冻融过程中离子土壤固化剂对膨胀土的加固作用。试验结果表明,经离子土壤固化剂加固后的膨胀土在冻融过程中土体温度变化较为缓慢,不同位置处的土壤含水率变化较小,孔隙率较小,整体稳定性较高。