渗灌的非饱和土壤水二维流动的探讨

本文对渗灌条件下的非饱和土壤水二维流动问题进行了探讨。对水平二维流及垂直二维流均进行了重复实验,并建立了相应的非饱和土壤水二维流的数学模型。按有限差分的计算方法求到数学解且与实验结果相符合,验证了该数学模型的可行性。同时应用数学模型对田间渗灌在不同条件下(如不同初始含水量、不同的土质、不同的密实度及不同直径供水管等几个主要因素)的非饱和土壤水二维流进行了模拟计算。根据计算结果分别就上述各影响因素对田间渗灌的非饱和二维流动的差异性进行了分析,由此对田间渗灌中若干问题提出初步看法。     

依据河床比降、河宽的侵蚀模拟

评价预测泥石流泛滥区域和沟壑坝系等防御泥石流措施效果,最有效的方法是数值模拟。2009年日本学者铃木拓郎等人具体研究了伴随坡度变化、河床束窄区域及坝系工程的泥沙堆积过程。其结论:在侵蚀与堆积初期,在坡度变化点的下游发生侵蚀与堆积。在同等的水与泥沙总供给量、流量、持续时间的条件下,侵蚀与堆积过程在短时间内,由大流量供给,在下游有泥沙侵蚀与堆积现象。在固定坡度的条件下,河道宽度变化时,首先在狭窄部位上游发生堆积后,下游发生侵蚀,并慢慢上朔,最终出现全部发生侵蚀的结果。泥石流在冲击坝体的瞬间,泥沙急剧的堆积。流量变大,堆积坡度变小,坝下游的泥沙流出相应提前,更多的泥沙向下游流出。模拟结果符合现实发展的自然规律。     

泥石流流速与堆积模式之实验研究

泥石流的堆积形态和范围是泥石流危险区划分的重要参数,通过小型水槽实验,对泥石流流速与堆积模式的关系进行了实验研究,获取了泥石流堆积范围与形态比的堆积模式数据,得出了在特定控制参数下,泥石流流速与堆积形态和范围的回归公式。     

泥石流堆积扇危险度分区定量评价研究

应用数学统计方法探讨了泥石流堆积扇危险度分区评价方法，根据专家综合调查，确定了5个主导因子参与泥石流危险度评价，应用德菲尔分析方法计算了各因子的权重，由此建立了泥石流堆积扇危险度评价模型，该方法以云南省漾濞县雪山河泥石流堆积扇为试点进行了检验，显示了其较高的可靠性，该评价方法可为政府制度减灾规划提供科学依据。     

沟道二维泥石流运动和冲淤数值模型研究

以水沙混合流模型为基础,采用混合流沙量动态变化模式,提出泥石流运动控制方程组,建立适用于模拟泥石流在天然沟道中的运动和冲淤过程的二维数值模型.模型基于水动力学理论、水沙两相混合流理论和宾汉体模型理论,考虑了泥石流运动、泥沙输移、沟床变形、泥石流宾汉体流变特性等主要动力学过程.将模型应用于云南东川蒋家沟实测泥石流过程的模拟研究,结果较好地反映了泥石流运动不连续性的特征和泥石流沟道冲淤随时间演变的实际规律.     

拦沙坝设置对泥石流拦截作用的数学分析

应用数学理论研究了拦沙坝对泥石流堆积过程产生的影响,探讨了泥石流的流动与堆积过程。用向量的观点分析泥沙在水坝内的运动与堆积,推出新的泥沙和泥石流运动、堆积计算公式,使计算的数值更接近实际状况。以大小2种粒径的泥沙作为讨论的对象,采用泥石流的流动堆积模拟实验模型方案,适用于不透水型拦沙坝设置地点的泥石流堆积过程。但缺乏与实地观测记录进行比较,因此,本数值模拟实验模型的妥当性要做验证,尚须用多级粒径数值模拟实验模型研究。泥石流的流量水位图对粒径变化的影响,没有采用混合沙砾模型,尚有许多不明之处。     

均质土非恒定水位单坑入渗的分析

蓄水坑灌法是适用于干旱、半干旱地区果园灌溉的一种新方法，其灌溉理论有待于进一步研究。针对均质土非恒定水位蓄水坑入渗问题进行了研究，建立了均质土非恒定水位蓄水坑入渗的数学模型，并通过物理模型试验求得了入渗参数，还对影响非恒定水位蓄水坑入渗过程的主要因素进行了分析。研究结果将对蓄水坑灌法的进一步研究具有重要的价值。     

日本对泥石流泛滥模拟的研究

研究、掌握泥石流流动、沉积、泛滥的危险区域 ,利于制定警戒避难体制、防灾对策、土地利用的方案。泥石流二维泛滥模拟方法虽有许多 ,但大多数未做过充分细致的模拟研究。日本九州大学平野宗夫等人采用日本云仙、水无川的水位、流速及流出泥沙量的实测资料 ,由雨量图计算出泥石流水位图 ,将其作为上游的边界条件 ,采用前述挟沙量关系式进行模拟云仙、水无川的泥石流泛滥 ,并与实际沉积度比较后加以检验 ,研究了以往挟沙量关系式的现场适用性。模拟结果与实际状况比较后确认再现性良好。在阿苏古惠川也获得了同样的结果。     

西藏古乡沟堆积扇泥石流输沙特征

通过室内模型试验研究 ,对不同规模的水石流、稀性泥石流、黏性泥石流在堆积扇上输沙特征进行了研究。试验结果表明 ,不同类型泥石流在堆积扇上表现出不同输移、冲淤、含沙量演变特征 ,在堆积扇不同部位泥石流输沙特征也有差异。     

北京双紧梢沟泥石流堆积物的特征及演变

北京山区具备泥石流形成与发生条件,泥石流灾害的发生较为频繁。在收集当地泥石流发生历史资料的基础上,详细调查了西白莲峪双紧梢沟的自然地理状况和泥石流堆积物的特点。采用野外量测和填图的方法调查双紧梢沟泥石流的地貌特征;现场选取一定数量的砾石进行abc长度和倾向调查,测定双紧梢沟泥石流堆积物的结构特征;选定泥石流典型区域,进行挖圆探坑,取出全部颗粒并带回实验室,进行粒度分析;同时,对双紧梢梢沟泥石流堆积扇的发育和演变过程进行分析。粒度分析结果表明双紧梢沟泥石流堆积物砾石平均粒径为0.256m,磨圆度为2～6。90%以上砾石直径为0.220～0.410m,最大砾石直径为0.409m,堆积物主要有砾石和一些粗骨性碎屑物质组成,砾石排列无明显特征,分选差。由粒度分析可知,该区泥石流堆积扇的形成受到水石流形成过程的影响,水石流形成堆积扇,之后可能发生粘性泥石流。由其频率曲线为一多峰曲线。该曲线说明泥石流发生时,其砾石的搬运方式由推移、跳跃、悬浮三大部分组成。双紧梢沟泥石流堆积扇的演变过程和特征明显受到双紧梢沟和西白莲峪主沟水流的影响。该研究结果对今后进一步探讨北京山区泥石流形成机理和运动过程以及为泥石流防治制定有效措施提供参考。     

透水型谷坊坝拦截泥石流形态数学模拟

在对透水型谷坊坝进行评价与修改和新设计时,必须把握泥沙移动形态。然而,其有效方法是用数学模拟。对泥石流的模拟试验,多数采用频分多路复用法(FDM);少数用数字地形模型(DEM)进行计算。但不同程度存在计算难度。2009年日本学者丹羽论等人依据浅水流方程在二维平面,用有限元素法对透水型谷坊坝进行了泥石流的模拟试验。以基准面和水面海拔之差作为连续式的未知量,对泥石流区域流动的稳定性进行计算。分析结果表明,此法适用在透水型谷坊坝周边泥石流泥沙堆积的模拟。能在定量上对透水型谷坊坝的进行评价与分析。今后,有待于提高在移动边界附近的计算精度的研究和输送泥沙质量浓度等评价进行预测。     

河床泥沙堆积发生泥石流时的形态

为研究泥石流发生、流动和堆积结构机理,常规采用水文模型试验。而研究泥石流发生时河床堆积泥沙的形状与时间和空间变化关系的相对甚少。2009年日本学者池田晓彦等进行了模拟自然河流的缓慢河道坡度,发生泥石流的试验,结果表明:当坡度为30°~27,°明显在前峰形成流动层,相对流动速度大。在24°~21°流动层停止时形成沙堆。在18°~12°区流动速度慢。相对于陡坡区间形成流动层是表面流或渗透流,在河床堆积的泥沙为饱和状态流动;相对于缓坡区间形成沙堆的表面流与渗透流,河床堆积泥沙是饱和状态。表面流具有越过沙堆肩胛流动的趋势。在坡度变化点等泥沙有大量堆积的现象。有关泥石流发生条件有待于深入研究。     

蓄水坑灌单坑土壤水分运动有限元模拟

为了合理设计干旱地区果树蓄水坑灌，该文根据土壤水动力学原理和单坑入渗土壤水分运动特点，建立了单坑二维土壤水分运动数学模型，采用有限单元法求解，并根据质量守恒原理建立了确定坑内水位变化过程的数学模型。室内单坑入渗土壤水分运动验证试验结果表明坑内水位变化过程、土壤含水率、湿润锋的实测值与模型计算值吻合较好，说明所建立的单坑二维土壤水分运动数学模型和坑内水位变化过程数学模型是正确的，采用有限元法对其求解是可行的，该模型可用于模拟单坑土壤水分分布规律。     

“8·13”碱坪沟泥石流形成机理及特征研究

2010年8月13日在强降雨的作用下,四川省都江堰市龙池镇碱坪沟沟床启动并带动沟道两侧固体物质运动,形成大规模泥石流,冲毁沟口农家乐、龙池公路及沟口一处居民供水设施。碱坪沟泥石流是典型的震区沟谷型泥石流,通过分析泥石流的形成机理及容重、流速、流量、冲出量等动力学参数,得出泥石流的危险范围和威胁对象,并根据沟道中大量崩滑体等各类物源的堆积情况,在降雨作用下对其再次暴发泥石流的可能性进行了分析预测,还根据沟口现场堆积情况提出了防治建议。     

成昆线暴雨泥石流预报量化方法的探讨

暴雨泥石流的发生是泥石流的的地面条件组合达到某一能级后,由降雨激发而产生的一种自然灾害现象,通过分析降雨与地面条件相互作用的关系,在甘洛试验区１９８８－１９９０年观测试验资料分析的基础上,首次采用数量化理论（Ｉ）基本原理,建立成昆铁路暴雨诱发泥石流灾害的预报量化数学模型,模型的建立能使人们直接利用泥石流沟的地面条件组合来预测诱发泥石流所需的降雨量参数,再利用实际降雨量与预测降雨量参数对比,预测泥石流灾害发生的可能性,从而形成一套方法简单,铁路和运营部门易于运用的科学的方法,对建立的数学模型采用成昆线其它泥石流沟资料进行检验,计算值与实测值接近。     

天水市红花咀沟滑坡泥石流分析防治

红花咀沟上游和侧壁经过多次小规模滑移,堆积黄土疏松,随着夏秋集中降雨,滑坡体在失稳后会沿着红花咀沟顺流而下,携带沟内的大量黄土物源转变泥石流,估计潜在的泥石流物源有105 m3。利用颗粒流数值分析以及Lorente模型、刘希林模型的对比,确定了滑坡泥石流的规模及危害范围。选取布设拦挡坝的防治措施,计算得到布置拦挡坝后,泥石流前缘距离缩短为1 531m,堆积区宽度降低至552m,在房屋公路农田中堆积区的宽度减小到174m以及泥石流的峰值速度降低为10.1m/s。提出拦挡坝评价指标P来衡量其防治效率,计算结果显示拦挡坝可以很大程度降低泥石流的危害程度。     

河床演变数值计算法讲座(7) 防砂坝的淤积计算法(Ⅰ)

以山区河流为对象的河床演变的计算方法，可预测山区河流的短期的河床演变，评价防砂坝等的防砂构造物的功能。１计算前的准备１１计算标准山区河流的河床演变多数是在非恒定流的情况下发生的，所以河床演变的计算应按照非恒定流的解析才行。但按宫本理论，通常不考虑流...     

强震区泥石流防治工程效果数值模拟分析

[目的]对汶川地震后修建的大量泥石流防治工程的效果进行数值模拟分析,以便为泥石流研究和防治提供科学借鉴。[方法]采用FLO-2D软件,以2010年都江堰市龙池镇黄央沟"8·13"泥石流为典型实例,结合雨量数据、数字地形数据及泥石流的各项流变参数,模拟在不同的降雨频率下泥石流的运动过程和堆积范围,对泥石流的防治工程效果进行分析评价。[结果]在有防治工程条件下,当降雨频率P=5%时,泥石流的冲出量减小11.39倍,堆积范围减小6.14倍;当降雨频率P=2%时,泥石流的冲出量减小4.18倍,堆积范围减小2.7倍,治理工程取得了一定的防治效果,但两种降雨频率下仍有固体物质冲出沟口。[结论]相比于自然条件泥石流的冲出量和冲出规模得到了一定的控制,已有的治理工程有利于整个沟域泥石流的防治,但存在设计库容偏小的问题,今后的泥石流防治中还要加强监测预警等减灾措施。     

泥石流阵流及其活动规律

阵流是黏性泥石流的主要运动形式。选择蒋家沟1987-1994年8年间运动过程完整，阵次明显并且观测资料齐全的50次典型泥石流作为研究对象，讨论泥石流阵流产生的原因，并统计分析泥石流阵流的活动规律和特征。通过对完整的泥石流暴发过程进行分析，发现泥石流阵流径流量与阵流频次之间存在幂律关系；通过对历年典型泥石流流量过程的分析，发现蒋家沟泥石流阵流活动具有多峰性与多时段性。对于进一步认识泥石流（尤其是黏性泥石流）的运动规律和运动特征具有重要参考价值。     

日光温室气象环境综合的研究（四）：日光温室地温场模拟初探

在前人研究基础上，用有限差分方法建立了一个非稳态二维地温场的数学模型。该模型为进一步分析日光温室内土壤温度热状况和进行综合评价，选用提高日光温室地温措施提供和手段和依据。