Coupling watershed modeling,public engagement,and soil analysis improves decision making for targeting P retention wetland locations

Constructed and restored wetlands can be effective sinks for particulate and dissolved phosphorus (P) if properly managed, but identifying suitable P retention wetland locations remains challenging. From a landscape perspective, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) models identify locations within target watersheds with high nutrient loads that exhibit appropriate site characteristics and hydrodynamics. However, soil properties vary at the field scale, dictating the capacity of wetland systems to remove P and ultimately determining if a given wetland will operate as a sink or source of P over time. Land ownership and site access further complicate identification of P retention wetland locations. As a result, optimization and identification of P retention wetland locations requires analysis at both 1) watershed and 2) field scales, and 3) public engagement. In response, a survey effort linked SWAT model results that identified locations with target watersheds with field soil P storage capacity data and interested landowners. Results suggest that several locations recommended for their high SWAT-predicted P loading and landowner interest were in fact not well suited for project implementation due to soil P saturation and legacy P constraints. These findings highlight the need to couple watershed models with field scale soils analysis to identify locations for P retention wetlands in order to avoid unintended P release. Additionally, increased collaboration with social scientists and others familiar with public engagement strategies is needed to improve outreach activities targeting regional water quality improvements. Practical applications for nutrient retention wetland site selection are also discussed.     

存在高渗透区的黏土心墙土石坝渗流稳定性分析

黏土心墙土石坝是重要的挡水建筑物,心墙的低渗透性可以大幅降低坝体水力梯度,减少坝体发生渗透破坏的风险。然而心墙的质量问题（如局部高渗透区）会影响坝体的渗透稳定性,甚至酿成管涌溃坝等严重后果。以瀑布沟心墙土石坝为原型开展坝体渗流大型水槽模型试验,并结合有限元数值模拟方法研究高渗透区对坝体内部渗流场和渗流稳定性的影响。试验表明高渗透区域将改变心墙的渗流场,成为优势渗流通道,导致高渗透区域附近孔压值大幅上升,同时高渗透区域的存在将显著提升坝体渗漏速率。试验与模拟结果一致表明,随着高渗透区域逐步上移,高渗透区所在位置处的孔隙水压力增大,坝体渗漏量减小。高渗透区和心墙的渗透系数增加都会使心墙孔压值和渗漏量增加;随着高渗透区的渗透系数的增大,心墙坝渗流稳定性系数降低,导致坝体稳定性下降;随着心墙渗透系数的增大,高渗透区水力梯度略微减小,但心墙整体临界水力梯度下降,坝体稳定性降低。所得结论可为基于监测数据反演分析心墙的质量问题和评估坝体的安全性能提供依据。     

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm d 8μm的小孔数量随干密度增大而减小,对应吸力范围的渗透系数也相应地减小;中孔、大孔数量很少,其对土样的渗透性的影响甚微。这反映了渗透性受孔隙分布控制的内在机理。     

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。     

考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性上限分析

为了研究偏压荷载对抗隆起稳定性的影响,提出了一种考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性计算方法,将墙后土体沉降变形近似简化为余弦曲线,从而在研究偏压作用对基坑抗隆起稳定性影响时可计入偏压荷载范围和坑边距等因素,同时在极限上限分析法的公式推导中考虑了土体各向异性对基坑抗隆起稳定性的影响。将该方法与HASHASH和WHITTLE提出的波士顿蓝黏土深基坑开挖有限元模型进行对比,通过数值算例研究了挡墙入土深度、基坑深度、土体各向异性、最下一道支撑到坑底距离及偏压荷载等因素对抗隆起安全系数的影响。研究表明:基坑抗隆起稳定性系数随着土体各向异性比的增加而增加,随着最下一道支撑到坑底距离增加而增大,发现偏压作用距离坑边在2倍基坑深度之内对抗隆起安全系数影响较大。最后结合案例分析验证了该方法的有效性。     

基于水流与地质双因素的险工险段成因调查研究

在河势水流对险工险段成因研究成果的基础上,重点分析了堤基地质条件的影响。对广东省省管河道范围内的历史险工险段进行调研,梳理出了不同成因险段占比。以此为基础,选取江新联围进行水流与地质双因素的险工险段成因调查研究,通过水文测试、河床质取样以及室内试验,分析了各历史险段的成因。结果表明除水流条件较差外,各险段堤基也多以软土为主。基于此,增选了3个河势条件较差的非险段作为参照对比组,结果显示若地质条件较好,即使水流条件较差也不会形成险段。调查分析表明,河道险工险段的成因与河势水流和地质因素均密切相关,尤其是分布于软土地基区域的堤段,地质因素更是不可忽视。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

不同耕作措施及玉米生育期对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响

为探讨耕作措施和玉米季对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响,以横坡垄作坡面为研究对象,顺坡垄作坡面为对照,研究野外自然降雨条件下玉米季黄壤坡耕地土壤团聚体组成及其稳定性的变化特征,以期为山地黄壤区土壤抗蚀性研究提供理论依据。结果表明:①不同耕作措施对玉米种植土壤团聚体组成和稳定性影响显著,横坡垄作坡面较顺坡垄作含有更多大粒级团聚体;以(10,0.25]mm水稳性团聚体(WSA_>0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、结构体破坏率(PAD)、水稳性团聚体分形维数(D)、团聚体稳定性系数(ASI)为指标进行分析,得出横坡垄作坡面土壤团聚体稳定性较顺坡垄作坡面好。②随玉米生育期的推进,土壤大粒级团聚体含量及团聚体稳定性均呈现出显著升高的趋势,且在成熟期达极大值,表明玉米生育期也显著影响土壤团聚体组成及稳定性。③相关性分析得出,团聚体稳定性与根系密度、根表面积、根体积呈极显著正相关关系,根系的发育对增强研究区土壤团聚体稳定性具有重要的贡献。适宜的耕作措施和合理的种植模式均有助于研究区水土流失的有效防控。     

非饱和滑带土非线性Burgers蠕变模型

基于非线性流变力学理论,建立了非饱和滑带土非线性Burgers蠕变模型。模型中不仅考虑滑带土非饱和特性-基质吸力对土蠕变特性的影响,同时考虑了与时间、应力状态有关的非线性黏滞体的流变特性,由非线性黏滞体替换Burgers模型中的线性黏滞体。对非饱和滑带土开展三轴蠕变试验,并对试验结果采用最小二乘法曲线拟合,获得了不同基质吸力下的蠕变参数,并将试验结果与Burgers模型拟合曲线以及提出的非线性Burgers模型拟合曲线进行对比。结果表明,采用非线性Burgers模型能很好地拟合试验结果,且与试验曲线的吻合程度、相关系数明显高于线性Burgers模型。     

湿陷性黄土区客运专线车站工后不均匀沉降初探

结合现场监测数据和地质勘察资料,对具有一定坡度和深厚填土区域地基处理失效的原因进行了探讨。得到如下结论:(1)在黄土地区地面沉降可分为4个阶段即增长期、平稳期、加速期、以及最终稳定期,黄土的沉陷是造成沉降再次加速的原因。建议黄土地区沉降监测应该予以加长,以确定最终的稳定期。(2)黄土的沉陷不仅使地表发生不均匀沉降,也会改变黄土区桩基的力学性质,造成桩基下部土体的变形。单纯依赖桩的刚度来控制结构变形是存在风险的,也应该控制桩侧土体变形。(3)在具有坡度的黄土区域,地面标高较低的一侧土体胶结作用较弱,且该区域承担更大的上部填土荷载,这是导致地面标高低的区域发生更大变形的原因。