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。     

河床底泥中氮素的迁移与积累特性试验研究

基于含氮污水在汾河典型断面河床底泥土柱中的渗透和运移试验,分析了河床底泥全氮含量随时间的变化过程和底泥质地对氮素含量及分布的影响。研究结果表明:在河道污水向底泥入渗的非饱和入渗和饱和入渗阶段,底泥全氮含量随时间的增加而增加。通透性好的底泥入渗水分通量大,底泥吸附能力低,溶质的吸附和机械弥散过程在非饱和入渗阶段基本完成;而通透性差的底泥入渗水分通量很小,溶质的吸附和机械弥散过程在非饱和入渗阶段不能全部完成;底泥胶粒表面带有负电荷的有限性决定了氮素吸附的有限性,底泥的结构又决定了机械弥散的有限性,无论底泥的通透性好与否,入渗达到一定时间后,氮素在其底泥中运动时,对流机理将起主导作用,即入渗水所携带的氮素随水分通过底泥孔隙向深层运移或排泄。     

保水剂用量对变水头水分入渗特性影响研究

通过层施保水剂变水头水分入渗试验,研究了保水剂层施用量对水分入渗特性的影响.结果表明:变水头条件下,层施不同保水剂用量的湿润锋运移距离和累计入渗量随着入渗时间的延长而增大,层施保水剂用量越大,湿润锋运移距离运移距离和累计入渗量越小,阻渗作用越强;保水剂大量吸水,保水剂施用范围附近土壤含水率明显增大,成为土壤储水的“水库”.     

肥液浓度对涌泉根灌条件下湿润体的影响

通过大田灌水试验,分析了不同肥液浓度条件下涌泉根灌湿润体的特点。结果表明:自由入渗湿润锋运移距离随入渗时间和肥液浓度的变化符合幂函数关系,湿润体体积随肥液浓度的增大而增大,入渗前期土壤入渗率较大,入渗后期湿润体基本达到稳定状态,不同肥液浓度的湿润体体积差异减小。     

均质与非均质土中水动力弥散规律研究

为探究均质与非均质土中溶质迁移扩散的一般性规律,通过室内柱试验对不同条件下的水动力弥散现象进行观察监测。并利用经典的对流扩散(ADE)模型拟合分析相应的溶质穿透曲线。结果表明：在均质土中溶质浓度对水动力弥散系数和穿透曲线的影响甚微;而溶质迁移流速对水动力弥散具有促进作用,流速越大,水动力弥散系数越大,穿透曲线完成时间越快;同一流速下,水动力弥散系数与砂土的平均粒径存在正相关关系,且平均粒径越大的砂土,受流速影响越大。此外,土壤中溶质迁移扩散时存在明显的尺度效应,一般迁移距离越远溶质水动力弥散系数越大。与均质土壤介质相比,层状土壤的非均质性及不同层状结构对水动力弥散作用更为显著。     

黄土坡耕地土壤水力学的空间分布特征探讨——以晋西北神池县为例

坡耕地在黄土高原分布广泛,具有地面平整度差和水、肥、土流失严重等特点。为探讨黄土高原坡耕地土壤水力学特性,采用张力入渗法、压力膜仪法以及沙箱法,对黄土高原晋西北神池县坡耕地不同深度土层分别进行原位和室内试验。研究结果表明:各层土壤的累积入渗量与负压水头有关,表层土壤的累积入渗量最大;土壤饱和以及非饱和导水率随土壤深度的增加呈线性减小;低吸力阶段(h100cm),随吸力提高土壤的持水能力逐渐下降,高吸力阶段(h100cm)土壤持水能力变化不大;结构性孔隙和基质性孔隙最大值所对应的负压水头分别为-37cm和-325cm。     

土壤水动力弥散系数的室内测定

用粉砂壤土进行了室内非饱和水动力弥散试验,依据质量守恒原理,推导了水动力弥散系数的计算公式,根据垂直土柱法测定的土壤水盐动态数据,计算了非饱和粉砂壤土的水动力弥散系数,并建立了该土壤水动力弥散系数与孔隙流速之间的关系。该方法物理概念清楚,计算公式简单实用。     

饱和条件下田间土壤纵向及横向弥散系数的试验和计算

本文初步研究了野外条件下求田间土壤纵向及横向弥散系数的方法,并提出了一种试验装置.此装置结构简单,弥散试验可与入渗试验同时进行.针对横向弥散试验模型,本文给出了一种特殊的Euler-Lagrange有限元法模拟计算溶质运动规律,此有限元法可以消除数值弥散和数值跳动现象.利用实测资料,分别计算了田间土壤的纵向弥散和横向弥散系数及吸附参数.     

改进的水动力参数模型在非饱和土壤溶质运移问题中的应用

传统水分和溶质运移参数模型(导水率、扩散率和水动力弥散系数)只是含水率的函数,难以反映土壤初始含盐量以及溶液浓度对含水率和溶质入渗透性的影响。该文对传统以含水率为变量的水动力参数模型进行改进(引入反映浓度的参数α、β和γ),并通过室内不同初始含盐量(2、4、6、8和10g.kg-1)清水淋洗试验和不同浓度氯化钠溶液(0、15、25、50和100g.L-1)入渗试验对模型进行验证。试验表明土壤初始含盐量和入渗溶液浓度越大,相同入渗时间湿润锋和累积入渗量越小。数值模拟表明:(1)含水率和溶质浓度的实测值与计算值吻合较好,改进后的模型较传统模型精度提高了6.31%;(2)参数α、β和γ越大,相同位置含水率和溶质浓度越大,相同时间湿润锋运移距离越大。参数敏感性分析表明,参数α、β和γ对扩散率、导水率及水动力弥散系数的敏感度不受含水率的影响,但随着浓度的增大而增大。     

不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性

为研究不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性, 利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪进行不同初始孔隙水压与不同加载速率下的混凝土常三轴试验。结果表明:不同围压下, 混凝土内部孔隙水压的变化规律可分为迅速变化、缓慢变化和趋于稳定3个阶段。不同应变速率下, 混凝土峰值应力随初始孔隙水压的增大逐渐增大, 高应变速率提高了初始孔隙水压力对混凝土峰值应力的影响; 初始孔隙水压力在较大程度上提高了混凝土峰值应力的率敏感性。不同初始孔隙水压力下, 混凝土峰值应力随应变速率的提高逐渐增加。依据试验数据, 基于Weibull统计理论模型构建了混凝土水环境下的经验率型本构方程, 对不同初始孔隙水压下混凝土常三轴动态压缩应力-应变曲线进行描述, 拟合效果良好。这证明所建模型可用来描述不同工况下混凝土应力-应变全曲线及损伤变化规律。     

饱和-非饱和土壤中吸附性溶质水动力弥散实验研究

本文通过室内土柱对轻壤土和重壤土饱和、非饱和水动力弥散实验，得到了吸附性溶质水动力弥散参数的计算方法。根据一维饱和弥散实验结果，由相应的解析解，用简化计算方法求得饱和水动力弥散系数Dsh和阻滞因子R；对于一维非饱和弥散实验，在分析溶质的水动力弥散理论的基础上，推导出求解非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的计算公式。     

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。     

STOCHASTIC ANALYSES OF ADSORBING SOLUTE TRANSPORT IN HETEROGENEOUS UNSATURATED SOILS

ＳＴＯＣＨＡＳＴＩＣ　ＡＮＡＬＹＳＥＳ　ＯＦ　ＡＤＳＯＲＢＩＮＧ　ＳＯＬＵＴＥ　ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ　ＩＮ　ＨＥＴＥＲＯＧＥＮＥＯＵＳ　ＵＮＳＡＴＵＲＡＴＥＤ　ＳＯＩＬＳＳＴＯＣＨＡＳＴＩＣＡＮＡＬＹＳＥＳＯＦＡＤＳＯＲＢＩＮＧＳＯＬＵＴＥＴＲＡＮＳＰ...     

土壤溶质运移两种新的求参方法的应用

本文通过对3种不同质地土壤(砂质壤土、壤质粘土和粉砂壤土)的室内水盐入渗实验资料的分析，依据山口(Yamaguchi)等提出的斜率法和等斜率法，由土壤溶质运移的穿透曲线数据，同时估算了平均孔隙流速和水动力弥散系数，并与实测值、简化解析解法及矩法求算的结果进行了比较。此外，作者还探讨了抛物插值和Brenner数大小对求参精度的影响。     

坡面侵蚀中径流含沙量测量方法研究与展望

土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量坡地水土流失的重要参数之一，只有合理测量坡地径流中的含沙量才能为水土保持提供有利的依据，同时为验证土壤侵蚀预报模型提供基本参数。本文从测量原理出发，对含沙量各种测量方法的适用环境、测量精度及其局限性进行了比较全面的分析，重点研究了坡面径流含沙量的测量方法。研究结果表明目前测量含沙量的方法在坡面侵蚀动态水流含沙量的测量中存在只能静态测量的问题。目前电解质脉冲法在测量坡面薄层水流流速中做出了有益的探索，研究发现水流速度、泥沙的弥散系数与含沙量之间存在着相关关系，用此方法测量含沙量将有可能实现含沙量的动态测量。     

沿海滩涂淤泥质黏土水盐迁移试验分析

我国沿海滩涂土壤盐渍化程度较高,作为土壤生态环境问题之一备受关注,研究土壤水盐运动规律是改良盐渍化土壤的理论基础。以沿海滩涂淤泥质黏土为研究对象,基于土壤盐分静态迁移试验和室内一维土柱试验,对淤泥质黏土盐分迁移规律和机理进行分析。结果显示:在静置状态下,相同迁移时间内,水体体积越多,盐分迁移速度越快,盐分迁移率越高;在一维水动力弥散条件下,水力坡度越大,水动力弥散作用越显著,盐分迁移的速度越快,盐分迁移率越高。     

氮在不同生态特征沟渠系统中的衰减规律研究

在分析河流水体中氮的迁移转化过程和衰减机理的基础上,选择太湖流域宜兴大浦镇境内林渠和赵渠两条农田排水沟为观测现场,开展氮在不同生态特征沟渠中的衰减规律研究,分析不同尺度和水动力条件对水体中氮衰减规律的影响,探讨水体中氮截留、吸附、转化的内部机理。研究结果表明,沟渠的生态特征,特别是几何尺度和水动力特性与水体中总氮衰减过程紧密相关;沟渠流速越大,水体中总氮衰减率越大;水生植物密度越大总氮衰减率也越大。     

不同生育期水稻对盐碱地不同土层土壤理化性质的影响

通过在盐碱地种植水稻,采集试验田原裸地时期与插秧后、分蘖期、孕穗期、成熟期0 cm~20cm与20 cm~40 cm土层土壤样品,比较分析了不同生育期水稻对盐碱地不同土层土壤p H、电导率、质地、有机质、全氮、有效磷及速效钾含量的影响。结果表明:种植水稻可缓解土壤盐渍化,在水稻各生育期0 cm~20 cm与20 cm~40 cm土层土壤p H、电导率均有所降低,土壤中砂粒含量显著减少,粉粒含量显著增加;土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量也显著提高。种植水稻可有效改良盐碱地土壤质地,改善土壤养分状况。     

一维变密度溶质运移实验及参数推求

通过室内土柱注水实验,观测沙质土壤中氯离子浓度的变化过程。以变密度水流连续性方程、溶质运移方程和达西方程为基础,运用有限单元法和差分法对这3个方程进行联立求解,建立了一维变密度水流和溶质运移数值模型。利用实验数据反求变密度渗透系数、弥散系数等水动力参数。