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。     

考虑空气阻力作用的分层土壤降雨入渗模型

基于室内试验资料,建立了非稳定降雨条件下考虑空气阻力作用的Green-Ampt模型(Modified Green-Ampt Model,MGAM),其包括非稳定降雨条件下土壤积水入渗过程和非积水入渗过程、湿润锋运移过程、积水入渗状态和非积水入渗状态相互转化过程。为了量化空气阻力作用影响程度,引入了饱和度系数Sa,并提出饱和度系数计算方法。同时应用MGAM和传统的Green-Ampt模型(Tranditional Green-Ampt Model,TGAM)模拟了径流强度、土壤累计入渗量和土壤剖面含水量,并和实测值进行了对比分析。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、剖面含水量均大于实测值,而径流强度小于实测值。     

基于土壤含水量模拟的干旱监测指数研究

以山西省汾河流域为例,采用水量和能量平衡原理的VIC模型模拟了区域内径流和土壤含水量的变化过程,并构建了土壤干旱指数进行实例研究。结果表明:建立的VIC模型能够较好地模拟研究区站点的径流和土壤含水量的变化过程,基于土壤含水量模拟的土壤干旱指数与实际干旱的发生具有较好的相关性,土壤干旱指数物理意义清晰,能较好地刻画区域干旱在时空上的发生、发展及结束过程,对区域干旱监测具有一定的应用价值。     

关于推求逐日土壤含水量方法的研究

逐日土壤含水量资料，对改善降雨径流预报、农田灌溉预报、指导抗旱工作具有重要的实用价值。为推求逐日土壤含水量的需要，本文还阐述了土壤含水量的不同表示方法和土壤水分常数的计算方法。     

姚李实验站逐日土壤墒情推求方法探讨

土壤含水量信息是抗旱决策的重要依据,由于测验技术和人力、财力等多因素的制约,难以进行逐日土壤含水量的监测。本文根据安徽省六安市霍邱县姚李实验站朱小堰径流站实测土壤含水量成果,结合降水量、土壤蒸发量、土壤最大持水量、土壤饱和含水量等因素,通过合理的假定和分析,提出推求0-20cm土层逐日土壤含水量过程线的方法。     

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。     

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。     

黄土区土壤溶质径流迁移过程影响因素浅析

根据室内降雨－入渗－产流过程中溶质迁移模拟实验研究结果，对降雨，有效雨滴功能，坡度，坡长，土壤溶质化学特性以土壤溶质随地表径流迁称全过程影响进行了分析，分析结果表明了雨强和有效雨滴动能与雨后表面土壤饱和含水量，土壤入渗能力，土壤水分运移深度，径流熔质浓度，径流溶质迁移总量以及径流溶质平均浓度间的关系，并根据Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ人渗模式，推求了有效动能对土壤饱和导不率间关系，为进一步研究土壤溶质随地     

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。     

用三点法测定土壤持水特征的容重

利用离心机法测定了晋城市6种典型质地土壤的吸力、容重和重量含水量三者的关系,分析了土壤持水特征测定中的容重变化特征;借用土壤水分特征曲线幂函数模型和土壤收缩特征线性模型获得容重与吸力间幂函数关系,并利用试验资料进行检验;提出了确定土壤持水特征测定中容重变化的三点法,该方法所获得土壤水分特征曲线与实测结果极为吻合,精度较高。     

土壤水分特征曲线试验研究

土壤水分特征曲线是表征土壤中水的含量与势能之间的关系,是研究包气带土壤水分的保持和运移所用到的基本特性曲线。现通过试验,分析了不同条件下不同剖面层次的土壤水分特征曲线的差异,验证了基于不完全分形理论的土壤水分特征曲线模型,并对模型中的参数进行求解。     

利用双抛物线型土壤蓄水容量曲线对新安江产流模型的改进

提出了双抛物线型土壤蓄水容量关系曲线，对新安江模型产流计算公式进行了改进。利用珠江三角洲不同土壤水分状态的多年水文资料，对改进前和改进后新安江模型产流计算公式进行了比较。结果表明，双抛物线型关系曲线能够代表流域中多种土壤水分状态并存的情况，包括湿润、干燥以及从湿润到干燥过渡阶段，而原单抛线型的模型则是双抛物线的一个特例，只能反映单一土壤水分状态的分布。对于那些发生在湿润季节的暴雨，两种曲线的模拟精度相当，但对于发生在旱季及旱湿过渡时期的暴雨，双抛物线明显优于单抛物线。     

蓄水容量曲线设定分布式霍顿模型土壤含水量初值

分布式水文模型对土壤含水量的空间描述能力对土壤墒情模拟、分布式输出等具有重要的意义。但分布式水文模型的土壤含水量空间分布计算,需耗费大量的计算资源。为了提高分布式模型的计算效率,从定性的理论分析和定量的数据比对2个方面,证明蓄水容量曲线和分布式模型中逐单元土壤含水量序列的相关关系,并建立了二者之间的转换公式,据此可以将面平均的土壤含水量转换为空间分布的土壤含水量。用离散蓄水容量曲线法设置分布式模型的土壤含水量初值,并与传统模型预热法进行比较,结果表明两种方法得到的土壤含水量空间分布总体趋势完全一致,次洪模拟效果相同,并且节省了大量的计算资源,极大地提高了分布式模型的计算效率。     

土壤温湿度对常绿阔叶林土壤呼吸的协同影响——以重庆缙云山国家自然保护区为例

为了分析土壤温度和湿度与土壤各组分呼吸速率的关系及其动态变化,并探讨土壤温度和湿度对土壤呼吸的协调影响,采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统,于2012年4~9月(生长季)对重庆缙云山常绿阔叶林土壤总呼吸、自养呼吸、异养呼吸和凋落物呼吸进行定位研究,同时实地测定土壤5 cm深处的温度和湿度。结果表明:除凋落物呼吸外,其他组分呼吸速率的月际变化均呈"单峰型"曲线,都在7月达到峰值;土壤温度与土壤各组分呼吸之间呈显著指数相关关系,土壤湿度与土壤各组分呼吸之间用二次曲线模型拟合较好,但相关性不显著;土壤温度和湿度与土壤各组分的综合关系用双因素指数模型拟合效果更好,说明该模型明显优于单因素模型。     

滤纸法测定非饱和膨胀土土水特征曲线试验

针对现实中土体含水量任意变化的情况,采用滤纸法测定非饱和膨胀土任意循环路径下对应的总吸力和基质吸力,得到了任意含水率变化下的总吸力曲线和土水特征曲线。将曲线进行拟合,利用毛细滞回内变量模型进行计算,通过与试验结果对比,验证了该模型对于膨胀土的适用性。结果表明:滤纸法测得的土水特征曲线与传统方法测得的曲线大致相同。含水量任意变化下的曲线不与完整脱、吸湿曲线重合,相同含水率下,脱、吸湿开始点之间含水率差值越小,脱湿后吸湿的曲线,基质吸力越高;吸湿后脱湿的曲线,基质吸力越低。毛细滞回内变量模型适用于非饱和膨胀土,计算结果与实际值能较好吻合。     

温度对简化蒸发法测定土壤水分特征曲线和导水率曲线的影响

根据Schindler(1980)提出的简化蒸发法,在微型土柱的两个高度安装张力计测定土壤吸力,并采用称重法得到土壤含水率,通过公式再计算土壤水分特征曲线和导水率曲线。结果表明:温度的差异影响土壤水分特征曲线和导水率曲线。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的水分特征曲线上,当吸力小于10 kPa时,同一吸力时25℃曲线的含水率均小于16℃曲线的含水率;当吸力大于10 kPa时,砂土和砂壤土-2在同一吸力时25℃曲线的含水率均大于16℃曲线的含水率,而砂壤土-1无此变化。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的导水率曲线上,砂土在10kPa以下时25℃导水率值低于16℃导水率值,其他情况下,在同一吸力时,三种土样的25℃导水率值均高于16℃导水率值。     

非饱和高液限土土-水特性试验研究

为研究非饱和高液限土土-水特性及其不同条件下土-水特性试验的适用性,分别采用滤纸法、非饱和土固结仪法和现场试验法对公路边坡工程中非饱和高液限土进行测量土-水特征曲线的试验研究。结果表明:滤纸法测得的土-水特征曲线与室内方法存在差距,大部分在室内测得土-水特征曲线的回滞圈内,对曲线进行拟合得到含水率与基质吸力对数呈线性关系;室内非饱和土固结仪法试验得到的土-水特征曲线出现滞回效应,曲线利用VG模型可较好地拟合;现场监测得到的土-水特征曲线(SWCC)与室内试验方法的结果存在差距,但大部分在吸湿曲线和脱湿曲线之间,更接近吸湿曲线,曲线受土体上覆应力影响,上覆应力越大曲线越陡,且基质吸力与含水率成负相关,二者不存在滞后现象,曲线可利用线性函数较好地拟合。     

Incorporating Influences of Shallow Groundwater Conditions in Curve Number-Based Runoff Estimation Methods

Runoff generation process in any watershed is mainly affected by precipitation, land use and land cover, existing soil moisture conditions and losses. Shallow groundwater table conditions that occur in many regions are known to affect the soil moisture retention capacity, infiltration and ultimately the runoff. A methodology that links soil moisture capacity to the shallow groundwater table or High-Water Table (HWT) using a nonlinear functional relationship within a curve number (CN)-based runoff estimation method, is proposed and investigated using single and continuous event simulation models in this study. The relationship is used to obtain an adjusted CN that incorporates the effect of change in soil moisture conditions due to HWT. The CN defined for average conditions is replaced by this adjusted CN and is used for runoff estimation. A single event model that uses Soil Conservation Service (SCS) CN approach is used for evaluation of variations in runoff depths and peak discharges based on different HWT conditions. A real-life case study from central Florida region in the USA was adopted for application and evaluation of the proposed methodology. Results from the case study application of the models indicate that HWT conditions significantly influence the magnitudes of peak discharge by as much as 43% and runoff depth by 48% as the water table height reaches the land surface. The magnitudes of increases in peak discharges are specific to case study region and are dependent on the functional form of the relationship linking HWT and soil storage capacity. Also, for specific values of HWT, an equivalency between HWT-based CN and wet antecedent moisture condition (AMC)-based CN can be established.     

非饱和残积土土-水特性研究及基质吸力估算

残积土在我国南方分布十分广泛,是工程建设及地质灾害评估中主要遇到的土体之一。非饱和状态下,残积土边坡土体的工程性质不仅取决于土的组成、结构和应力状态,还与土中的吸力密切相关;土-水特征曲线表达了土体中含水量与吸力的关系,是非饱和土研究的重要内容之一。选取福建省有典型代表的凝灰质砂砾岩残积土、凝灰岩残积土以及花岗斑岩残积土3种类型土作为试验土样,测定土样完整的脱湿、吸湿循环过程的土-水特征曲线。鉴于基质吸力测量困难,在Barden非饱和土分类方法的基础上,通过分析具有实际工程意义的含水量情况(饱和度介于50%~90%),总结出的利用饱和度预测基质吸力的简易方法具有针对性和实用性。