降水入渗补给系数空间变异性分析

分析了降雨不均匀入渗补给的产生机理，应用地质统计学方法研究了次降雨入渗补给系数的空间变异性，建立了协方差函数与方向角的函数关系；对次降雨入渗补给系数进行了Karhunen-Loveve展开，通过求解特征值、特征函数及随机向量模拟次降雨入渗补给系数随机场。分析结果表明，在水平径流微弱、潜水面坡度小的地区，平稳场理论可以有效地描述次降雨入渗补给系数空间分布规律，KL展开法具有优越的收敛速度。     

沧州市年降雨入渗补给系数分析

0 前言 年降雨入渗补给系数是推求年降雨入渗补给地下水量的重要水文地质参数。以往该区多年平均年降雨入渗补给系数为0.15。但近些年来由于地下水位的下降,势必引起年降雨入渗补给系数的变化。本文依据典型年(1987、1988、1989年)地下水埋深降雨等资料对年降雨入渗补给系数进行了分析,结果是:1987(丰)年为0.27;1988(平)年为0.26,1989(枯)年为0.25;平均为0.26。从而为推求我市现状条件下的年降雨入渗补给地下水量提供参考的依据。     

降雨对地下水补给的规律性分析

降雨入渗补给是平原浅层地下水资源九开发利用的重要水源。本文叙述了降雨入渗补给分析中最基本的次降雨入渗补给系数及其随埋深的变化规律，并以五道沟地区资料为例，研制了一般情况下的计算公式，可用于条件相似的地下水资源评价中。     

宁夏青铜峡河西灌区水文及水文地质参数研究

对宁夏青铜峡河西灌区几个主要的水文及水文地质参数 ,如给水系数、降雨入渗补给系数、灌溉入渗补给系数、灌溉回归系数、潜水蒸发系数、渗透系数进行较深入的探讨 ,重点分析这些参数的定义及其变化机理 ,特别是变值给水度、次降雨入渗补给系数等与传统概念的差别 ,并简要说明这些参数的确定方法 ,最后还分别给出研究区不同分区的参数数值。     

湖北襄阳市降水入渗补给系数分析

在水资源评价中,降水入渗补给系数是一个非常重要的参数。利用实测资料统计分析了湖北襄阳市降水对浅层地下水资源的补给,分析雨前不同埋深条件下,次降雨与地下水位上升的关系,最终得到襄阳市多年降水入渗补给系数及年降水入渗补给系数的变化规律,为科学合理地利用地下水资源提供依据。     

灰岩山区降雨入渗补给系数取值研究

灰岩山区降雨入渗补给系数影响因素复杂,各因素影响程度不同,且缺乏定量关系,通过模糊可变评价模型和层次分析法,确定灰岩山区各因素对降雨入渗补给系数的综合影响程度,建立实验区综合影响程度与其降雨入渗补给系数的关系,从而确定其他区域的降雨入渗补给系数。     

降雨入渗补给浅层地下水过程探讨

文章总结了降雨入渗补给的模式,通过分析活塞式降雨入渗、降雨入渗补给的滞后和延迟、降雨入渗优先补给等,研究了土壤不同岩性、不同埋深、不同降雨时段与不同土壤含水量条件下的降雨入渗补给过程。     

平原区模拟降雨对地下水的入渗补给实验研究

降雨入渗补给是平原地区浅层地下水资源的主要来源之一，在山东省茌平县尚庄万亩地下水开发试区进行了人工模拟降雨入渗实验研究，取得了本地区降雨对地下水补给的基本数据和规律．其降雨入渗过程可分为三个阶段，即初渗、不稳定入渗和稳定入渗阶段．计算结果表明：茌平农田次降水量为100～250mm时，次地下水补给系数平均为0．25，最低为0．18，最高为0．35，地下水补给量占入渗总量的34～50％，平均41％，即入渗水量中有60％补给浅层地下水．这些实验分析和计算结果对华北平原平坦耕地有一定代表性，尤其对类似地下水理深及类型壤土的黄淮海地区，有一定的参考价值．     

次降雨入渗补给系数评估雨水花园补给地下水可行性及计算方法研究

【目的】近年来雨水花园在海绵城市建设过程中得到了广泛应用，但其对浅层地下水的补给能力尚缺乏系统研究。【方法】通过柱状模拟试验，研究了不同降雨条件下，次降雨入渗补给系数(α)用于评估雨水花园补给地下水潜力的可行性。【结果】结果表明，α可用于评估雨水花园补给地下水潜力，数值变化范围为0.110～0.212,平均值为0.175;降雨重现期、降雨历时、雨型均对α具有重要影响，且随着重现期和降雨历时增加，α逐渐降低，不同雨型条件下，α大小顺序为均匀雨型>双峰雨型>单峰雨型。【结论】HYDRUS-1D模型模拟法和包气带含水率法计算α均具有较好的精度，不同降雨条件下，模型模拟法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_m)的相对偏差(RE)为-1.280%～7.801%,包气带含水率法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_b)的RE为-14.789%～6.660%。由于包气带含水率法容易实施、便于监测，工程实践中可优先考虑采用该方法。上述结果可为定量评估海绵城市建设过程中雨水花园补给浅层地下水潜力提供参考。     

确定次降雨入渗补给时段和补给量的研究

次降雨入渗补给地下水的研究，是分析降雨入渗问题的基础，又是其难点所在。由于雨后水分在土壤中有个储存和运行过程，且影响因素众多，所以，降雨量入渗补给过程滞后现象明显，多为多次过程的叠加，难以分辨出次降雨与其入渗补给相对应的时段和入渗补给量，本文根据实验资料，从动力学角度，通过土壤水势的分布状态及变化对这一问题进行分析。     

基于降雨空间变异的潜水运动随机模拟方法Ⅰ——非条件模拟

将降雨视为随机场,考虑降雨入渗补给量与地下水埋深的关系,采用二维稳定-非稳定潜水运动的KLPC模型,分析了降雨的空间变异性对水头均值、方差和协方差的影响,利用变异系数描述了水头、流速和水动力弥散系数的变异程度。结果表明,KLPC算法的随机模型具有优越的计算效率;水头方差随降雨场方差和相关长度的增大而增大;在降雨空间变异的条件下,水头随机场呈现出明显的非平稳特性且具有各向异性结构;在非稳定流中,水头协方差表现出“扩散”和“平移”的特性;水头的变异程度较小,在随机模拟中可以不考虑降雨空间变异对地下水流动的影响;但水头的变异导致了流速和水动力弥散系数强烈的变异性,在溶质运移的随机分析中需要予以充分重视。     

STOCHASTIC ANALYSIS OF GROUNDWATER FLOW SUBJECT TO RANDOM BOUNDARY CONDITIONS

A stochastic model was developed to simulate the flow in heterogeneous media subject to random boundary conditions. Approximate partial differential equations were derived based on the Karhunen-Loeve （KL） expansion and perturbation expansion. The effect of random boundary conditions on the two-dimensional flow was examined. It is shown that the proposed stochastic model is efficient to include the random boundary conditions. The random boundaries lead to the increase of head variance and velocity variance. The influence of the random boundary conditions on head uncertainty is exerted over the whole simulated region, while the randomness of the boundary conditions leads to the increase of the velocity variance in the vicinity of boundaries.     

KL展开在渗流场随机分析中的初步应用

在水力特性参数空间变异性的影响下,渗流场具有一定程度的不确定性。分析了随机场KL展开的特点,阐述KLME渗流随机分析方法的基本原理,发现利用KL展开的均方收敛性和摄动方法的渐进收敛性,并将随机偏微分方程转化为递推的确定性偏微分方程组求解,提高了计算效率;对非饱和渗流场进行随机数值模拟,考虑了非饱和渗透函数的参数场之间不相关、正相关和负相关3种情形,分析表明参数场之间的互相关性对渗流场的统计特征具有较大影响。     

STOCHASTIC ANALYSIS OF WATER FLOW IN HETEROGENEOUS MEDIA

A stochastic model for saturated-unsaturated flow is developed based on the combination of the KarhunenLoeve expansion of the input random soil properties with a perturbation method. The saturated hydraulic conductivity ks(x) is assumed to be log-normal random functions, expressed by f(x). f(x) is decomposed as infinite series in a set of orthogonal normal random variables by the Karhunen-Loeve (KL) expansion and the pressure head is expand as polynomial chaos with the same set of orthogonal random variables. With these expansions, the stochastic saturated-unsaturated flow equation and the corresponding initial and boundary conditions are represented by a series of deterministic partial differential equations which can be solved subsequently by a suitable numerical method. Some examples are given to show the reliability and efficiency of the proposed method.     

基于van Genuchten-Mualem模型的饱和-非饱和介质流动随机数值分析

基于van Genuchten-Mualem非饱和水分特征模型，联合运用Karhunen-Loeve展开法、混沌多项式展开以及摄动方法，对饱和-非饱和流问题进行随机数值分析。将土壤特性参数假定为协方差已知的随机函数，并按Karhunen-Loeve法分解，把压力水头表示为多项式。通过摄动方法得到一系列关于水头展开式的偏微分方程，用有限差分法进行求解，获得了压力水头的随机描述，并计算其均值和方差。应用本文的随机模型研究了二维非饱和以及饱和-非饱和介质流动的实例，结果与动量方法的计算结果一致，而且计算效率高于传统的动量方法。     

降雨条件下非饱和土坡稳定性数值模拟

为了研究非饱和土坡在降雨入渗条件下的稳定性,运用饱和—非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和—非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡稳定性的影响。分析结果表明:土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小。由于降雨的进行,雨水入渗量逐渐增加,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力逐渐增大,因而土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。     

基于降雨空间变异的潜水运动随机模拟方法Ⅱ——条件模拟

建立了降雨空间变异条件下基于KLPC解法的潜水运动条件模拟方法，假设平面上若干测点的降雨量已知，分析了当随机模型中加入雨量站观测值时水头、流速和水动力弥散系数标准差的变化情况。研究结果表明：在条件模拟中，由于降雨协方差具有非平稳结构，需要采用数值解法来求解Fredholm方程；条件模拟方法计算出的水头、流速和水动力弥散系数的标准差要小于非条件模拟的结果；在降雨空间变异条件下，降雨的相关长度越大，方差越大，条件模拟对水头标准差削减越明显；与水头相比，条件模拟下流速和水动力弥散系数的标准差的消减更为明显，因此在考虑降雨的空间变异性时，条件模拟可减小溶质运移输入参数的不确定性具有一定作用。     

基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生.探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要.基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通...     

大气作用下膨胀土边坡的动态响应数值模拟

采用热湿耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,通过考虑水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型,分析了在气候变化条件下,不同坡比和不同覆盖条件下非饱和膨胀土边坡的各种动态响应。计算结果表明,该模型能较好分析计算非饱和土表层的蒸发量及草皮对边坡土层含水率和变形的影响;采用分阶段变渗透系数的方法,能有效反映出降雨入渗和蒸发蒸腾过程中膨胀土所表现的不同渗透特性;而边坡的安全系数随气候变化而波动,降雨时边坡的稳定性比蒸发时低,蒸发可提高表层土体吸力,草皮覆盖亦有利于边坡的稳定性。     

河北平原典型小流域降雨入渗补给规律研究

准确计算降雨入渗补给量是评价平原区地下水资源量的基础,传统的年补给系数法未考虑降雨特征、土壤墒情等因素影响,导致评价结果精度不高。本研究以河北平原下博和沧县运西两个典型小流域为例,采用动态分析法研究次降雨的入渗补给过程。结果显示以7 d为时间间隔适合作为划分次降雨的标准,次降雨量加土壤含水量(P+SW)与降雨入渗补给量(P_r)相关性最好,优于次降雨量(P)和次降雨量加前期雨量(P+P_a);动态分析法计算的降雨入渗补给量较传统降雨入渗系数法,精度提高22%~40%,且年补给系数法高估了河北平原区的年地下水补给量。本研究为河北中东部平原准确评价降雨入渗补给量提供了技术参考,对支撑区域的地下水合理开发利用及地下水超采综合治理具有较强的科学和实践意义。