黄土坡面定雨强入渗产流物理基础模型研究

【目的】建立具有物理基础的坡面降雨入渗产流模型,为降雨有效性和产流特征分析奠定理论基础。【方法】根据土壤水分运动的基本理论,分析降雨条件下土壤入渗的特征,建立入渗产流模型,并在室内进行不同降雨强度和坡度情况下黄土坡面降雨入渗产流试验,通过对试验数据的分析,确定模型参数。【结果】在分析积水入渗条件下Philip入渗公式特点的基础上,建立了基于长历时Philip积水入渗公式的降雨产流模型。该模型显示,地表积水时刻与雨强、吸湿率和土壤饱和导水率相关。【结论】利用室内模拟降雨资料对所建立模型进行了评估,表明其可以反映坡面降雨入渗产流的基本特征,可用于黄土坡面降雨入渗产流过程的分析,为坡面降雨径流过程的描述提供了新途径。     

保护性耕作的不同因素对降雨入渗的影响

通过 2次人工模拟降雨试验 ,研究了机械化保护性耕作以及秸秆覆盖、表土耕作及机具压实 3因素对降雨入渗的影响。结果表明保护性耕作有延缓径流 ,增加降雨入渗的作用 ;秸秆覆盖和机具压实是影响降雨入渗的主要因素 ,表土耕作的影响相对较小。在土壤干燥 ,降雨强度为 72 mm.h-1的条件下 ,保护性耕作处理与传统翻耕处理比较 ,其地表产生径流的时间延迟 12～ 16 min,且稳定入渗率提高 1.5～ 1.6倍 ;分析各因素的影响可知 ,秸秆覆盖使径流延迟 8min产生 ,稳定入渗率提高 1.1倍 ;机具压实使径流早 7min产生 ,稳定入渗率降低 4 7.5。进一步研究压实程度和覆盖率对降雨入渗的影响 ,结果表明 :秸秆覆盖率越高 ,径流开始的时间和土壤含水量达到饱和的时间越晚 ,且稳定入渗率越高。在所试的秸秆覆盖率范围 (0～ 70 )内 ,同等降雨条件下 ,随着秸秆覆盖率的增大 ,径流量近似按二次曲线减少。随着土壤含水量的增大 ,秸秆覆盖对降雨入渗的作用减弱而压实的影响增强 ,压实可使表层土壤的体积质量增大 ,土壤入渗性能降低。在土壤含水量较高 ,降雨强度为 82 .5 mm.h-1条件下 ,压实使径流产生时间比无压实的早 13min,使稳定入渗率降低86 .8。机器质量越大 ,压实影响的深度越大。试验表明 ,小拖拉机和中型拖拉机都使     

秸秆覆盖对降雨人渗影响的试验研究

为研究作物秸秆覆盖对改善农田自然降水利用效果的作用。采用人工降雨的方法模拟小雨、中雨和大雨3种不同降雨强度，对雨后玉米、小麦秸秆覆盖地与裸地0～20cm土层土壤含水率分布情况进行了试验。结果表明：小雨后，由于秸秆覆盖阻滞入渗的作用，秸秆覆盖地0～5cm土层土壤含水率短时间内低于裸地．但降雨后24h玉米秸秆覆盖地已与裸地持平，以后逐渐高于裸地，降雨后52h小麦秸秆覆盖地已高于裸地，且裸地水分蒸发量高于秸秆覆盖地；中雨后，秸秆覆盖阻滞入渗作用表现在土壤5～20cm土层；大雨后，秸秆覆盖阻滞入渗作用表现在10～20cm土层。秸秆的吸水性会暂时阻滞雨水的入渗，但随着时间的延长，以及秸秆覆盖抑制水分蒸发的作用，秸秆覆盖地雨水入渗效果均高于裸地，秸秆覆盖在降雨小的情况下仍然有利于雨水的利用。     

张掖城市湿地土壤含水量特征

土壤含水量取决于地下水位埋藏深度、土壤质地、地表植被类型以及土壤水分的补给条件,张掖湿地土壤含水量的研究中,考虑到包气带水分补给条件:一是地下水通过毛细作用的补给;二是大气降雨及凝结水入渗补给,三是灌溉系统入渗补给的影响因素,利用土壤含水量的实验测定数据,综合分析了地下水位埋深、土壤质地、植被类型及土壤水分的变化对张掖湿地土壤含水量的影响特征。     

裂隙岩体渗流补给特性及边坡稳定对策研究

“岩土二元结构体”边坡失稳现象由于其物质组成、形成年代、地质结构等方面的特点,与其他岩土边坡失稳有不同的表现.为探讨降雨诱发“岩土二元结构体”边坡失稳的机理及保证边坡稳定的对策,采用自记雨量计、时域反射仪（TDR）、翻斗式自记流量测定仪对“岩土二元结构”小流域的降雨特性、坡地岩土水分的动态变化以及裂隙岩体渗流的动态过程进行了测定分析.结果表明,降雨特性、坡地岩土前期水分含量以及坡地的地质结构特性是影响降雨入渗补给渗流及降雨诱发边坡失稳的重要因素;在强降雨条件下,距坡地表层50cm深度的土壤层与岩体层结合部位存在暂时饱和区,该饱和区通过对滑动面的浸泡软化,可以促使滑坡体的滑动;降雨入渗补给裂隙岩体渗流在坡面尺度上存在“优先流”现象,这主要是由于太行山区坡面尺度介质的非均匀性与空间变异性所造成的,同时,暂时饱和区的形成也起了重要的促进作用,这有利于区域地下水资源的形成,但也为诱发边坡失稳提供了条件;可以通过渗流集蓄技术降低暂时饱和区内的水分含量及裂隙网络中的侧向水压力,从而保证边坡的稳定.      

降雨对流动沙丘水分动态变化特征的影响

流动沙丘水分动态状况是合理进行固沙植被配置的基础,而降雨及其入渗特征又是影响流动沙丘水分动态的重要因素。采用Watchdog土壤水分自动监测系统和CR-1000型自动气象站自动采集的降雨数据,同步监测了浑善达克沙地南缘多伦县流动沙丘0~120cm土层土壤体积含水量的动态变化。结果表明:6月21日至10月31日间,流动沙丘不同土层水分含量变化受降雨量、累计降雨量以及降雨入渗效应等多因素的影响。其中,流动沙丘40cm以上土层水分动态对日降雨量的响应敏感,日降雨50mm或受累计降雨入渗效应的影响能够提高80cm和120cm土层水分含量。降雨量20mm时降雨湿润深度低于20cm土层、30mm时湿润深度为40~80cm土层、49.27mm时湿润深度可达120cm土层,说明降雨对流动沙丘水分状况有补给作用,但是对80cm以下土层水分状况的补给能力有限。     

河沟流域水分入渗的数学模型

本文采用现场实地人工模拟降雨试验 ,并结合双环入渗测定以及天然降雨条件下的径流小区观测等手段 ,对河沟流域各类型下垫面水分入渗规律及特征进行了较为深入系统地研究 ,并对各入渗模型的优劣进行了分析、比较及评价。结果表明 :考斯加可夫 (Kostiakov)公式以及霍顿 (Horton)公式较符合河沟流域的实际入渗情况     

壤中流形成机理的数学描述

壤中流作为径流基本成分之一已为许多国内外学者所证明，但由于其形成空间—包气带土层的物理性质及其构造的复杂性，以及土壤水运动方程解析法的多维局限性，很难用土壤水运动方程准确地加以描述，本文对包气带土层概化后用饱和下渗理论和非饱和下诊理论分析了等强度ｉ降雨的垂直入渗过程及壤中流的形成过程，继而总结出壤中流的形成机制及其产生的必要条件。     

土壤水分变异对降雨和植被的响应

在我国半干旱地区水土流失严重的黄土高原,开展土壤水分的时空变异研究有着极其重要的生态意义,是土地可持续利用的基础。该文利用时间序列分析方法,研究了黄土高原丘壑区降雨、植被对土壤水分特征变化的影响。结果表明,红豆草和豌豆的表层土壤含水量对降雨响应速度快于油松土壤含水量;水分入渗增湿与同期降雨量密切相关;土壤含水量对降雨的响应时间随土层深度的增加而变长。     

藏东南粗粒土降雨入渗影响因素试验分析

藏东南地区降雨量充沛,粗粒土边坡广泛分布,滑坡泥石流灾害频发,雨水入渗是导致灾害发生的重要影响因素.研究藏东南地区粗粒土的降雨入渗规律,对滑坡泥石流灾害的防治具有重要意义.通过自制的降雨入渗试验装置,对单一粒径的粗粒土开展了3种干密度和降雨强度条件下的降雨入渗试验,获得了湿润峰运移距离、含水率和气压随时间变化的试验数据...     

饱和—非饱和流溶质运移的实验及数值模拟研究

本文在水盐运移实验基础上,正确地采用了考虑土壤不动水体与吸附作用的溶质运移数学模型和以v为因变量的土壤水分数学模型。在非饱和蒸发条件下对各种求解溶质运移方程的数值方法进行了系统比较,采用了适合于本研究特征—饱和—非饱和流的特征—有限元法对灌溉入渗、蒸发和再分配条件下饱和—非饱和土壤溶质运移规律作了较系统的计算机数值模拟与预测研究。     

非饱和残坡积土强度随含水量变化试验研究

直接研究非饱和土的强度随含水量的变化，建立引入含水量的强度公式，具有重要的实用价值在普通三轴仪上进行非饱和残坡积土的强度试验，试验结果表明，非饱和残坡积土的抗剪强度随着含水量的增大而明显减小，这说明水分对强度的影响剧烈引入参数峰残应力比对非饱和残坡积土的应变软化特性进行了量化分析,发现最佳含水量为应力应变曲线从软化转变为硬化的临界含水量，且凝聚力c值随含水量的增加呈指数衰减，内摩擦角φ值随含水量的增加呈线性衰减在此基础上提出非饱和残坡积土总应力强度公式，公式运用简单便捷，可为工程实际应用提供参考     

参数平均方式对层状夹砂土壤积水入渗数值模拟的影响

为研究非饱和土壤水分运动方程中参数的平均方式对层状土水分运动数值模拟的影响,采用有限差分方法对Richards方程进行离散,并用MATLAB软件编程模拟层状夹砂土柱的薄层积水入渗过程。对差分网格中半节点参数的8种不同平均方式进行了数值模拟稳定性和精度的比较。结果表明:不同平均方式下湿润峰到达某一深度的时间与该处的土壤含水量增速呈负相关关系;间接算术平均和调和平均下的土壤含水率数值振荡较大;几何平均和三点平均2种方式下入渗率、累积入渗量和湿润锋误差相对较小。综合分析,几何平均和三点平均更适合层状夹砂土情况下薄层积水入渗过程的数值模拟。     

黄丘区不同地类的降雨入渗试验

土壤降雨入渗特征研究是分析土壤侵蚀过程和选择水土保持措施不可缺少的因素。在降雨过程中,雨水入渗愈多,地表径流愈少,反之地表径流愈多,土壤冲刷则愈严重。研究不同地类的降雨入渗,对防止水土流失及制定水土保持综合治理措施有着理论和实践的双重意义。为获得不同地类在暴雨     

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。     

弃土场原位与弃土斜坡水分运动特征对比分析

降雨入渗会改变斜坡原有的平衡状态,为探究弃土场原位与弃土斜坡降雨入渗过程的水分运动特征。以某弃土场为研究对象重复开展染色示踪试验,对比分析原位与弃土斜坡垂直方向上土壤剖面的染色面积比和渗流前后水分运动特征的差异。结果表明（1）原位斜坡水分入渗以基质流为主,少量优先流动由生物通道引发;0～50 cm深度水分垂直均匀入渗程度高,随深度增大,表现出沿容重小一侧非均匀流动;50 cm深度以下,平均染色面积比与深度呈负相关（;2）无植被发育弃土斜坡无优先流动,沿斜坡土体表层水平扩散流动程度高,平均染色面积比在20 cm深度以下保持为0,无染色特征;植被发育弃土斜坡水分沿植物根茎优先入渗,垂直入渗较活跃（;3）染色面积比及湿润带特征能很好的捕捉斜坡水分渗流的非均匀信息;同时,根系会改变土体的孔隙发育程度,形成内部交织的网状结构,降低土壤容重,增加水分入渗,有利于增强表层土壤含水率,降低水分深层渗流,增强斜坡稳定性;加强弃土场植被生态恢复有利于增加斜坡的固土保水能力及稳定性。     

秸秆覆盖对降雨入渗影响的试验研究

为研究作物秸秆覆盖对改善农田自然降水利用效果的作用 ,采用人工降雨的方法模拟小雨、中雨和大雨 3种不同降雨强度 ,对雨后玉米、小麦秸秆覆盖地与裸地 0～ 2 0cm土层土壤含水率分布情况进行了试验。结果表明 :小雨后 ,由于秸秆覆盖阻滞入渗的作用 ,秸秆覆盖地 0～ 5cm土层土壤含水率短时间内低于裸地 ,但降雨后 2 4h玉米秸秆覆盖地已与裸地持平 ,以后逐渐高于裸地 ,降雨后 5 2h小麦秸秆覆盖地已高于裸地 ,且裸地水分蒸发量高于秸秆覆盖地 ;中雨后 ,秸秆覆盖阻滞入渗作用表现在土壤 5～ 2 0cm土层 ;大雨后 ,秸秆覆盖阻滞入渗作用表现在10～ 2 0cm土层。秸秆的吸水性会暂时阻滞雨水的入渗 ,但随着时间的延长 ,以及秸秆覆盖抑制水分蒸发的作用 ,秸秆覆盖地雨水入渗效果均高于裸地 ,秸秆覆盖在降雨小的情况下仍然有利于雨水的利用。     

通辽地区次降雨入渗补给系数和地下水位埋深及次降雨量关系的分析与研究

本文根据已求得的通辽地区不同非饱和带分区的次降雨入渗系数（文献[1]、[2]）及其对应的地下水位埋深，次数雨量大小，采用变 分步模拟优选方法及非线性规划法确定了每一规划分区不等级降雨量下的降雨入渗系数随地下水位埋深△而变化的模拟曲线。在此基础上，通过多元回归分析技术找出了α-△线型中不同系数随降雨量的变化曲线，从而，使我们把次降雨疸的α-P-△关系写成一个统一的式子，克服了每一等级降雨量均给出不同式子的缺点。     

鄂东南红壤水分运动参数与红壤性质的相关性

研究了鄂东南５种母质发育的红壤水分特征曲线、土壤水分扩散率，推导了土壤非饱和导水率。对试验资料进行了回归分析，得出了土壤水吸力（ψ）与土壤含水量（θ）、土壤水分扩散率（Ｄ）与土壤水饱和度（Ｇ）、土壤非饱和导水率（Ｋ）与土壤水饱和度（Ｇ）的经验公式，并将参数与土壤性质进行了相关分析，ψ－θ、Ｄ－Ｇ之间的参数与土壤性质关系很密切。实测的土壤饱和导水率与土壤通气孔隙度关系密切。     

模拟黑麦草植被缓冲带对径流中氮、磷以及悬浮颗粒物的截留效果研究

农业面源污染已成为湖泊和河流的主要污染源之一,河岸植被缓冲带的存在可以对面源污染物进行有效吸收和截留。为阻控径流中农业面源污染物向水体的迁移,以模拟黑麦而麦草植被缓冲带为研究对象,采用模拟径流和降雨试验方法,通过6组模拟试验,分析其对地表径流及渗流中氨氮(NH₄⁺-N)、总磷(TP)、溶解态磷(DP)及悬浮颗粒物(SS)的截留、阻控效果。结果表明:黑麦草植被缓冲带对地表径流及土壤不同深度渗流中氮、磷及SS等面源污染物均具有一定的截留效果。模拟径流和降雨条件下,随着渗流取样深度的增加,黑麦草对各形态氮磷污染物的截留效率逐渐增大。模拟降雨条件下,黑麦草植被缓冲带对40cm渗流中NH₄⁺-N、TP和DP的截留效率高于模拟径流中污染物的截留效率,其最大值分别为28.0%,12.4%和25.6%。植物根系吸收、土壤的入渗以及土壤吸附等作用是黑麦草植被缓冲带对地表径流和渗流中各形态氮磷及SS的截留、阻控作用机制。