非饱和土调压吸水实验仪的研制与应用

黄土斜坡稳定性与地下水位变化密切相关,而对地下水位变化的定量描述比较困难,为此对达西实验装置进行改进,探索研制非饱和土调压吸水(向上渗流)实验仪。实验仪主要由补水装置和渗流(取样)装置两部分组成。基于此实验仪,取某地马兰黄土试样进行试验研究,试验现象是:无水头或定水头压力条件下,向上渗流锋面全渗程均呈上凸形态,但渗流锋面曲率由下至上呈递增趋势;不同水压力条件下,渗流过程均存在快速渗流和趋稳渗流两个阶段,只是出现拐点的时间、渗流高度稍有不同;水头压力对快速渗流阶段影响明显,水头压力越大向上渗流速率越快、渗流高度越大。试验结果表明:实验仪能够较好地模拟带压地下水向上渗流的水—土作用过程,获取所需要的渗流路径、渗流锋面移动速度等参数,具有一定的应用价值和前景。     

滑坡体上黄土洞穴的发育特征及其成因机制

采用野外调查和室内分析相结合的方法,以定西常家河滑坡区为研究区,在分析黄土滑坡和黄土洞穴区域分布特征的基础上,研究了黄土滑坡和黄土洞穴的地形地貌分布特征以及滑坡体上黄土洞穴的发育特征。研究结果表明,黄土滑坡和黄土洞穴在分布特征上具有一定的相关性,滑坡体上黄土洞穴发育密度明显增大、发育程度增高。研究了滑坡体上黄土洞穴的成因机制,认为黄土滑坡对黄土洞穴发育的影响主要是通过影响黄土土性、节理裂隙、水力条件以及微地形地貌来实现的。研究成果不仅有助于对黄土洞穴成因、发育特征的认识,而且对黄土滑坡的防治具有重要意义。     

人工神经网络在渭北灌区地下水位动态预测中的应用

地下水位动态变化受自然和人为因素的影响和制约，是一个复杂的非线性系统，而准确地预测地下水位变化在灌区水资源开发利用和生态环境建设中有着重要的意义。利用人工神经网络方法具有并行分布处理的高度非线性功能，对渭北黄土台原灌区典型水井地下水位进行了模拟预测。结果表明，人工神经网络有较高的预测精度，具有一定的推广应用价值。     

基于流固耦合渗流的植物油料压榨数值模拟

考虑植物油料的可变形和流变，植物油料的压榨过程是一个渗流场和流变场耦合渗流问题。基于流固耦合渗流理论建立植物油料压榨过程的模拟模型，采用有限差分法和有限元法交替求解渗流场和流变场。数值模拟了压榨过程中菜籽和菜籽仁油料的位移、菜籽仁孔隙流体压力分布与消散、有效应力分布与变化。菜籽和菜籽仁的位移数值解和实测值比较吻合，尤其在中、后时段。     

高堆尾矿坝堆积特性及三维渗流数值分析研究

栗西尾矿坝深钻孔勘探试验指标统计及多种原位测试结果分析表明,高堆尾矿坝深部的干容重指标要显著高于浅部,堆积坝体同一空间位置,同样埋深下干容重指标具有随时间明显增长的规律.提出了高堆尾矿坝稳定性分析中对同一类尾矿材料(如尾中砂、尾粉砂),可按早、中、后期分区统计选取力学指标的观点.采用改进子排水结构法精细模拟尾矿坝密集排水孔,采用减小干区渗透系数的不变网格模拟分析方法处理浸润面之上的虚拟流动,得到更加接近实际的尾矿坝三维渗流数学模型.采用复杂三维渗流控制分析计算程序,反演分析了现状坝高135 m的渗流场、浸润线及渗流量.计算分析结果与勘察剖面地下水位、观测总渗流量比较一致,误差不大于13%.同时表明在辐射井排渗系统作用下,可显著降低尾矿坝体潜水面,因此建立的渗控模型,可以应用于后期加高的计算分析中.     

应用DRAINMOD农田排水模型对地下水位和排水量的模拟

农田排水工程在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长和改善田间耕作管理等方面起着积极的作用，合理的排水系统设计是保证排水系统正常运行、作物正常生长的关键。以水平衡理论为基础建立的DRAINMOD模型，可用于研究排水系统对作物生长和各水文要素的影响，适用于浅地下水位和较湿润地区。该文对模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述，采用加拿大安大略省南部Eugene F. Whelan试验站自由排水和控制排水-地下灌溉两种水位管理条件下，1992～1994年6～8月地下水埋深观测值、3年地表径流和地下排水水量观测值对模型进行了模拟验证。图形显示和统计参数指标分析表明，模拟值与观测值拟合较好，表明模型具有良好的水文模拟性能，可用于预测地下水埋深、地表和地下排水量，是农田排水工程设计和水管理的有效工具。     

紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护时间效应的数值分析

为探究紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护的时间效应,该研究考虑降雨入渗条件并以含不同生长期紫花苜蓿的黄土边坡为例,基于室内土工试验获取参数,分别采用含植物根系的无限边坡模型和数值模拟两种方法进行稳定性分析。结果表明：降雨作用使得边坡潜在滑动面位置由坡体内部转移到降雨最大入渗深度处;随着坡面植被的生长,边坡浅层土体的强度逐渐提高,潜在滑动面又逐渐转移到边坡内部。根据数值模拟强度折减法,边坡稳定系数随着植被生长不断增大。对比无限边坡模型与数值模拟方法计算的边坡稳定系数,植物根系生长到1.0 m且不论在天然状态或降雨条件下黄土边坡均处于稳定状态,植物根系在0～0.8 m且在降雨条件下时处于不稳定状态,随着边坡植物生长期的延长,边坡稳定系数总体变化趋势一致,即先降低再逐渐增大。草本植物随着生长期的延长,对降雨条件下黄土边坡坡面侵蚀有明显的抑制作用,从而草本植物根系生长能够提高黄土边坡稳定性。当草本植物生长时间达到150 d时,能够有效防治黄土坡面侵蚀,并提高黄土边坡稳定性,因此草本植物生长的前5个月为关键期。研究成果对于黄土边坡浅层破坏防护以及实现黄土地区可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。     

数值模拟盐渍土盐分的季节变化

本文用数值模拟方法对土壤的盐分动态进行了周年的模拟计算.计算中考虑了盐分的沉淀与溶解,地下水位随时间变化等情况.计算结果表明:(1)数值模拟方法能反映季风区土壤盐分的季节变化;(2)雨季的集中降雨更有利于土壤脱盐;(3)地下水位的变化与气象因素的变化相配合影响着土壤水盐运动.     

基于元胞自动机的黄土小流域地形演变模拟

黄土高原以沟沿线为基准分为正地形和负地形2种基本的地貌形态,黄土小流域正负地形演变是黄土高原地貌形态发育的缩影。该文采用元胞自动机建模方法,对人工降雨条件下室内黄土小流域正负地形的动态演变过程进行建模与模拟。试验使用近景摄影测量方法监测小流域发育过程,处理获得10mm分辨率的数字高程模型。模拟迭代过程逼真地刻画了黄土负地形区向正地形区不断蚕食的动态演化过程,并能反映出非常重要的黄土陷穴现象的发生。模拟结果在数量上和空间分布上都取得了较好的模拟效果。研究认为元胞自动机建模方法可以用来模拟黄土小流域的正负地形演变,有助于揭示黄土地形演化机制。     

会理县邹家湾子滑坡成因机制及稳定性分析

以四川省凉山彝族自治州会理县邹家湾子滑坡为研究对象，采用综合勘察方法对滑坡的发育特征、工程地质条件进行详查，继而对滑坡的成因机制进行分析，再基于FLAC3D软件从天然和暴雨两种工况对滑坡进行稳定性评价，数值计算显示：滑坡体在天然工况下滑坡的安全系数为1.25,滑坡体最大水平位移量为4.5 cm,最大竖向位移量为3 cm,有小范围的应力集中现象，滑坡体变形收敛；而暴雨工况下滑坡的安全系数为0.9,滑坡体最大水平位移量超过10 cm,最大竖向位移量超过6.4 cm,有大范围的应力集中现象，滑坡体变形不收敛。预测天然工况下滑坡体发生小变形且处于稳定状态，滑坡体不会突然发生滑动，然而强降雨将诱发滑坡体复活。     

基于变水位静水法的梯形渠道渗漏强度函数构建及验证

变水位静水法受规范中观测方法限制,相邻2次观测时间段的计算只能代表平均水深的平均渗漏强度,且将观测期间渠道渗漏的非线性过程假设为线性变化,该假设将导致计算误差,从而使拟合的渗漏强度幂函数存在系统误差。该文以渠道内水位随时间的渗漏过程拟合函数为基础,建立了关于梯形渠道变水位静水法(dropping head ponding test,DHPT)的渗漏强度函数。以石津灌区6种梯形衬砌渠道的变水位静水法试验为依据进行实例分析,分析获得6种梯形渠道的传统幂函数和DHPT渗漏强度函数,并应用各函数进行了渗漏时长计算。通过渗漏时长计算值与实测值对比表明,DHPT函数平均估计误差0.978 h,最大相对误差为1.552%;而传统方法平均估计误差为3.997 h,最大相对误差为5.632%。表明DHPT函数能够更好地描述梯形渠道的渗漏过程,可用于计算点水深下的渗漏强度。通过DHPT函数与传统方法的计算结果对比,表明传统方法计算的渗漏强度普遍偏高,实例中平均误差达到0.248 L/(m~2·h),而DHPT函数直接建立于观测数据之间的函数关系,可避免线性假设的影响,提高计算精度,为分析变水位工况下的渠道水利用系数提供依据。     

大棚控制排水对土壤水氮变化的影响

农田排水技术能够解决大棚种植条件下的次生盐渍化问题,因此得到了较广泛的应用。为了分析大棚控制排水条件下的土壤水分和土壤氮素的变化规律,在田间试验的基础上,采用RZWQM（root zone water quality model）模型对不同控制排水处理下的土壤水分含量、土壤氮素含量及氨挥发过程等进行了模拟校正和验证,并利用模型对不同控制排水条件（不同暗管间距和不同控制出口深度）下的水氮变化情况进行了分析。模型在校正阶段的分层含水率模拟均方根误差（RMSE）为0.038～0.050cm3/cm3,验证阶段的分层含水率模拟均方误差（RMSE）为0.040～0.081 cm3/cm3。结果表明：RZWQM模型能够较好的模拟田间水肥变化情况;控制排水对地下水位的控制效果显著但没有对作物的水分利用产生太大影响;不同暗管间距和控制深度下,暗管排水总量、排氮总量和渗漏氮总量都受到了极显著的影响,氮肥利用效率则受暗管间距影响而对控制深度不敏感。     

滨海盐土地区稻田暗管排水效果试验研究

稻田渗漏量是调节土壤通透性、降解土壤盐渍害的重要控制指标,涉及自然、经济技术等多种复杂因素,该文依据渗漏量对地下水溶解氧、土壤氧化还原电位、作物产量等的影响特点,通过3年的试验研究,首次提出滨海沙性盐土地区稻田渗漏量的上限控制指标,为该类地区暗管排水系统的规划设计及运行管理提供了参考     

水库防渗措施及坝后排水沟距离对周边农田地下水埋深的影响

干旱区平原水库渗漏对下游农田土壤的水盐动态变化影响较大,易造成土壤的次生盐渍化和沼泽化。水库常采用"上防下排"措施来降低坝后农田地下水埋深,但排水沟参数如何选择,与坝基防渗体如何联合使用,治理效果如何等都值得深入研究。该文基于非饱和土体渗流理论,以恰拉水库周边农田为研究对象,针对"上防下排"措施进行数值模拟,分析恰拉水库采用水平铺盖、悬挂式防渗墙或无防渗措施时,坝后农田地下水埋深与坝后排水沟位置及深度的关系,并针对下游坝坡稳定及坝后积水进行分析,并通过田间试验进行验证。研究表明:在不同的渗流控制方案下,农田地下水埋深均以排水沟中轴线为对称轴呈现"漏斗形"降落趋势,排水沟前地下水埋深逐渐增大,排水沟后的地下水位有一小幅度的减小,因此,"上防下排措施"从"源头"处减小渗水进入坝后农田,增大农田地下水埋深。3种方案对比显示,不同"上防下排"渗流控制方案在遏制水库渗漏和减小坝后农田地下水的效果不同。悬挂式防渗墙和无防渗体工况不能有效减小水库的渗漏量,联合排水沟使用效果较差。22倍水头的水平铺盖在渗流控制方面优于悬挂式防渗墙和无防渗体时的工况,联合坝后排水沟及时排水后,可有效的将地下水埋深控制在2.72 m左右,大于当地的地下水临界水位2.45,有效遏制坝后土壤的盐渍化趋势。排水沟设置的位置和深度对大坝稳定存在一定影响,计算实际工况(22倍水平铺盖)时下游坝坡抗滑安全系数为1.358,大于下游坝坡最小抗滑安全系数1.242,下游坝坡处于安全状态。排水沟设置后,坝趾至沟间的积水长度是产生坝后沼泽化的主要原因。计算和实测实际情况下的积水长度为0.27 m,沼泽化面积较小。此外,计算还发现避免农田沼泽化对应的排水沟最小深度为5.18 m,实际工程中排水沟深度为6 m,可见当前的防渗形式以及排水沟至坝趾的距离及深度是合理的。库水位变动、排水沟排水的及时性对坝后地下水埋深也有较大的影响,排水沟作为辅助措施应与农田排水沟(渠)、水库防渗体以及农田灌溉制度配合使用,才能更加有效的发挥作用。     

渭干河灌区水盐均衡特征分析

灌区水盐均衡分析是合理设计排水系统及其效果评价的基础。该文根据水盐平衡原理，利用田间实测资料对渭干河灌区的水盐动态特征进行了分析，并研究了灌区积、脱盐状况与排水效果；分析了用主要代表性离子浓度代替离子总浓度进行土壤盐分动态特征评价的合理性；探讨了土壤含盐量的影响因素，以及地下水埋深、矿化度与土壤含盐量的相关关系，为从宏观角度来分析与判定灌区水盐平衡特征与排水效率提供参考。     

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。     

水土保持科技示范园地上下一体化三维建模

[目的]探讨水土保持生态科技示范园三维建模的流程和方法,以期为后续数字园区建设奠定基础。[方法]基于园区GPS测绘以及地面调查数据,将可视化建模技术应用于水土保持工程中。[结果]以江西省水土保持生态科技园为例,运用约束三角剖分和空间插值等技术,解决了地物与地形的无缝拼接、土壤实体建模、植物模型快速生成等关键问题,最终构建了包含工程措施、植被、土壤等要素的园区地上下一体化三维模型。[结论]开发的三维可视化系统,可以更好地发挥水土保持生态示范园区的科学支撑、社会宣传、典型带动和示范辐射作用。     

变水位静水法在渠道水利用系数计算中的应用

静水法是测验渠道渗漏水平、计算渠道水利用系数的试验方法之一,其测验精度高于动水法。尤其对于衬砌渠道,其测验精度更能得到体现。而变水位静水法是分析变动流量渠道水利用系数的适用方法。该文以水量平衡为依据,分析了渠道水利用系数的计算过程,以及当渠道水深变化时渠道水利用系数计算中相关因素的变化规律,并将渠道水利用系数计算过程概化为6步。以石津灌区四干三分干南四支混凝土衬砌渠道0+054~0+475渠段的变水位静水法和流量观测为实据,展示了衬砌渠道水利用系数的计算过程,计算水深介于0.56~0.99 m之间,渠道水利用系数为0.988~0.991之间。实例分析结果表明:随着渠道水深的增加,虽流量和渗漏强度均增加,但渠道水利用系数随水深呈增加趋势,该实例在水深大于0.7 m时,渠道水利用系数变化趋势渐趋平缓。可见,当渠道流量不稳定时,渠道水利用系数宜采用变水位静水法结合流量进行计算。     

阳洼水坠坝聚乙烯微孔波纹管排渗试验研究

为探索水坠筑坝中效果好、造价低的排水设施新形式,在阳洼水坠坝施工中采用聚乙烯微孔波纹管排水系统替代了沙井、沙沟和褥垫等排水设施。微孔波纹管用土工布或棕皮包扎后在坝内呈纵向、横向、竖向布设,形成网状排水系统。大坝实际冲填166天,日冲填速度0.2m,平均泥浆含水量45.72％。施工期坝体含水量、干容重、孔隙水压力、渗流量和冲填体抗剪强度等观测分析表明,波纹管排水系统加快了泥浆脱水固结,使流态区深度至少降低1/4,孔隙水压力消散速率提高约30％,冲填结束7个月后,坝体下部含水量降到27％,干容重达1.5～1.6g/cm~3,坝体固结程度达70％～80％,既保证了施工期的坝体稳定,又缩窄了碾压边埂宽度20％～30％,比采用沙井、沙沟排水可降低排水工程投资60％。