基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.     

渠道排水管的位置对减小渠道扬压力的影响

降低渠底和两侧地下水位对保证大型明渠边坡稳定和渠道安全具有重要意义.以山东省胶东引黄调水工程莱州段为研究对象,建立了二维水文地质模型及渠道边坡渗流模型,定量分析渠道两侧不同高度和不同水平距离的排水管降压效果;根据不同排水管位置下总水头和孔隙水压的变化规律,确定渠道排水降压的最佳位置.研究表明:渠底排水降压效果最佳位置是...     

基于温度示踪法的典型农渠渠道渗漏模拟研究

以渠道渗漏土壤水动态及热伴生机理为理论基础,利用热示踪技术,选取内蒙古河套灌区典型农渠开展野外监测、原位热示踪试验,利用温度示踪结果定性分析渠系渗漏过程。利用二维水热运移数值模型VS2D对渠道渗漏条件下饱和/非饱和土壤的水热迁移过程进行模拟,反演出试验区粉砂壤土和砂壤土的饱和水力传导度分别为0.025 m/d和0.6 m/d。通过静水试验数据对模型进行验证,结果表明,温度模拟值和实测值的平均均方根差(RMSE)和平均相对误差(MRE)分别为1.6℃和2.5%,累积入渗量实测值与模拟值的相对误差为2.4%,模拟结果与实际监测数据吻合较好。研究结果表明,温度信号可用来对渠系的渗漏状况进行示踪和监测,VS2D模型模拟土壤水热运移的结果能够为灌区的渠道渗漏问题提供科学依据,可为我国北方旱区灌区水资源的管理以及渠系节水改造工程提供一定的理论和技术支持。     

长江干堤双透水堤基渗流稳定有限

利用饱和稳定渗流理论，对长江干堤典型的双透水堤基天然状态、采取水平防渗措施、采取垂直防渗措施的渗流场进行了有限元数值模拟，根据各计算工况下的总压力水头、渗透流速和水力梯度等值线图的对比分析，研究了这种工程地质条件下的堤坝渗流稳定性，研究发现单一渗流控制措施很难彻底解决所有渗流稳定问题，并最终确定垂直防渗措施为单一防渗措施条件下控制效果最好的方法。在此基础上，设计了综合防渗措施，并用数值方法检验了其合理性，经分析其渗流场，发现采取垂直措施、堤后戗台和沙壤土堤后盖重等措施所有渗流不稳定的因素都得到了有效控制。     

南河底水源地取水方式选取对比分析

在简要介绍研究区水文地质条件的基础上,初步选定了3种开采方案:管井、廊道和渗流井.其中管井开采量采用纯渗流模型计算,廊道、渗流井开采量采用"渗流-管流"耦合模型计算.通过对比分析这3种取水方式的取水效果,最终确定了南河底水源地地下水开采方式和允许开采量,对研究区地下水的合理开发具有重要的指导意义.     

渠道防渗抗冻新材料与新技术

渠道防渗技术是目前中国应用最广泛的节水工程技术措施。本文论述了渠道防渗技术发展现状，介绍了渠道防渗抗冻新材料与新技术，提出目前渠道防渗技术由单一防渗材料向复合防渗材料，由单一防渗结构形式向复合防渗结构形式发展，指出必须加强跨学科研究和跨行业合作，加大渠道防渗抗冻新材料与新技术的研究和推广应用力度。     

不同人为管理措施坡面地表微地形变化特征及其对渗流的响应

探究不同人为管理措施坡耕地地表微地形变化特征,阐明地表微地形变化对渗流响应,以期为紫色土坡耕地水土流失的有效防治与人为管理措施的合理布设提供科学依据。以平整坡面、穴播坡面和垄作坡面为研究对象,基于室内人工模拟渗流试验,开展5°和15°紫色土坡面微地形变化特征研究。结果表明：(1)渗流试验前后平整坡面、垄作坡面和穴播坡面微地形半方差函数在0～135°和180°～315°方向上呈中心对称分布,随地表坡度的增加分布范围逐渐缩小,且具有明显的方向性。渗流条件下,平整坡面和穴播坡面微地形各向异性的变化趋势较为一致,而垄作坡面微地形空间变异性较强。(2)渗流条件下,3种人为管理措施坡面高程均集中于-20～0 mm的变化区域,穴播坡面和垄作坡面高程值的分布较平整坡面离散。(3)与5°坡面相比,15°平整坡面地表糙度的变化对渗流的响应更为明显,且糙度变化率呈平整坡面>穴播坡面>垄作坡面;渗流作用下,各坡面中、下坡位地表糙度变幅较大。坡面初始起伏程度越剧烈,微地形对渗流侵蚀作用的骤变响应越明显。地表糙度可作为刻画坡面微地形响应渗流变化的指标,可较好地实现中、下坡位土壤侵蚀—沉积空间分布的表征...     

盐渍化灌区不同水肥条件向日葵氮磷利用率及淋失规律

针对内蒙古河套灌区水肥利用率低、土壤盐渍化严重的现状,采用田间试验研究不同处理(常规灌水施肥、节水节氮、常规灌水不施肥)对向日葵产量、株高、生物量、氮肥利用率、磷肥利用率的影响,分析土壤剖面N、P分布情况及田间N、P流失途径、流失量。结果表明,葵花田在当地常规灌水施氮的基础上节氮节水各20%后,向日葵氮的利用率提高了36.15%,流失的氮素显著低于常规灌水施氮处理。因此,试验区具有很大的节氮空间,优化施氮技术应大力推广。氮肥在淋洗过程中大部分会随渗漏液淋失,而磷肥随渗漏液流失量较小。     

干旱内陆河灌区田间土壤水分利用效率

通过负压计、中子仪、地下水埋深监测研究,得出生育期田间水分变化规律及土壤水分利用效率;5次灌水均有深层渗漏,土壤都能达到饱;在生育期间,土壤水和地下水相互转换关系活跃。     

土壤水力参数对点源入渗湿润体形状的影响

为探究点源积水入渗的运移机理,以达西定律和质量守恒原理为基础,利用HYDRUS软件对点源积水入渗过程进行数值模拟分析与验证,分析点源积水入渗条件下土壤水平湿润锋与垂直湿润锋的比值(湿润锋比)和土壤水力参数(进气吸力、形状系数以及饱和导水率)之间的关系,并基于土壤饱和扩散率建立水平湿润锋运移模型。结果表明:细质土壤(进气吸力大于11 cm)的湿润体形状近似为以积水中心为椭圆心、以垂直湿润锋和水平湿润锋为长半轴和短半轴的椭圆体,而粗质土壤(进气吸力小于8.7 cm)湿润体的椭圆心位于积水中心下方,从而导致短半轴大于水平湿润锋、长半轴小于垂直湿润锋;细质土壤的湿润锋比随时间变化较小,可近似为常数,土壤湿润锋比与形状系数和饱和导水率之间无显著的函数关系,但与进气吸力呈线性递增关系,决定系数R^2为0.999;湿润锋运移过程可以采用入渗时间的幂函数进行拟合,且幂函数系数和指数可以分别用土壤饱和扩散率的一次多项式和二次多项式进行估计,经验证得到的模型在误差允许范围内具有较好的效果。本研究可为分析点源积水水盐运移等问题提供机理性依据,也为我国北方干旱半干旱地区合理规划设计滴灌系统、提高农业灌溉用水效率提供科学依据。