山地森林系统小流域降雨过程水循环与地下水补给

分析了贡嘎山森林系统水循环过程,并通过水量平衡方法,计算了考虑植被及枯落物降雨截留条件下的降雨入渗系数。结果表明:考虑植被及枯落物降雨截留条件下的水量平衡方法与地下水动态分析法、基流分割法计算成果较为接近,计算方法较为正确;而不考虑植被与枯落物截留计算出降雨入渗系数偏大。森林覆盖区,林冠、树干及枯落物是降雨再分配的重要因素,降雨入渗系数受植被、植被类型、枯落物、枯落物状态的影响。研究不同植被类型及枯落物对降雨的截留及再分配特征,具有重要的生态水文意义。     

淮北平原降雨入渗补给系数随地下水埋深变化特征

水文地质参数对地下水资源评价起着至关重要的作用。其中,降雨入渗补给系数是影响浅层地下水水量、水质的重要参数。它对研究区域水量转化和水量平衡也十分重要。但是由于受降雨量、土壤类型、植被、地下水埋深等诸多因素的影响,准确判断降雨入渗补给系数存在很大困难。如果没有考虑这些因素的影响,尤其是降雨量和地下水埋深的影响,所推求的降雨入渗补给系数就会存在较大误差。结合安徽省淮北平原区五道沟水文实验站观测的降雨量、地下水补给量、地下水水位资料,利用两种不同的方法推求了不同降雨量等级的次降雨入渗补给系数。根据统计学理论研究了不同降雨量条件下,次降雨入渗补给系数随地下水埋深变化的分布规律,建立了次降雨入渗补给系数与地下水埋深的回归模型,并进行了相应的检验。研究表明,在控制地下水埋深的条件下,次降雨入渗补给系数随地下水埋深的变化符合指数分布;在地下水位自由变动的条件下符合伽玛分布。     

干旱区稀疏树木冠层降雨截留蒸发的研究进展与展望

冠层截留蒸发作为冠层降水再分配和地表蒸散发的重要组分,对以稀疏植被为典型覆盖特征的干旱区生态系统的局地水文循环和水量平衡产生不可忽略的影响,并对该区域生态植被保护、植被与降水关系、生态水文过程等研究具有重要科学意义.较为系统地总结了干旱区稀疏树木冠层截留蒸发的主要观测试验方法和关键模型,具体分析了稀疏树木冠层结构(空间分布、叶片倾角和叶面积指数等)、降雨特征(降雨量、降雨强度和降雨历时)以及大气环境条件(风速、气温和饱和差等)等对冠层截留蒸发的影响机理,并对改进和完善目前稀疏树木冠层截留蒸发的观测试验和估算模型方面提出了建议.     

贡嘎山地区不同植被对降水的物理过程影响研究

对贡嘎山地区两种植被类型降水再分配特征进行研究,结果表明：亚高山针叶林林冠层和针阔混交林林冠层单位面积截留降雨量分别为0.14和0.27 kg/m2,亚高山针叶林树干单位面积截留量为0.005 8 kg/m2,针阔混交林树干单位面积截留量为0.006 kg/m2。通过进行不同尺度的试验,树干截留量与胸径之间呈线性相关。枯落物的截留量、滞后时间与面积之间呈线性相关,相关度水平较高,具有明显的尺度效应。     

降雨入渗补给灵敏度及其计算方法研究

对两类降雨入渗计算模型进行了研究：①简单的水量平衡模型；②数值模拟模型。这两类模型的假定条件和非饱和的理论概念差别很大。两类模型在非饱和区中的应用表明，在非饱和区均质土壤条件下，水量平衡模型计算的降雨入渗补给量与应用数值模拟模型计算所得结果基本相吻合。灵敏度分析表明了地下水位变动对降雨入渗补给的影响。假定地下水位不变所造成的误差可作为水文地质参数的一个函数来处理。本文研究成果在一定水文地质条件下的非饱和水流模型、饱和水流模型或排水模型系统计算中具有十分重要的参考应用价值。     

考虑径流影响的滑坡降雨入渗二维有限元模拟及应用

降雨是滑坡失稳的常见诱发因素之一,现有数值模拟方法由于不能考虑来自基岩边坡的径流对滑体渗流的补给而低估了真实的降雨入渗水量,导致在评价降雨对滑坡稳定性特别是深层滑动影响时存在一定不足。以Richards方程和有限元法为基础,忽略降雨对渗透性极低的滑床和滑带的影响,将滑坡渗流计算域缩小为滑体,以避免因滑体与滑床（滑带）渗透性差异巨大引起的数值计算困难;依据基岩边坡水平长度和滑体降雨入渗边界饱和情况,修正降雨入渗边界,实现了考虑径流补给的滑坡降雨入渗简化数值模拟。算例表明,该方法所得渗流场更加符合实际情况。以三峡库区某滑坡为例,模拟了2006年10月～2009年12月间滑坡在库水升降和降雨条件下的渗流场和安全系数的演化过程;计算结果表明,考虑径流补给时滑坡后部的渗流场饱和区域明显较大,稳定系数降低较多,与位移监测资料显示的佐证较为吻合;若不考虑径流补给,则降雨对滑坡稳定性影响不大。     

沧州区域现状条件下年降雨人渗补给系数分析

年降雨入渗补给系数是推求年降雨入渗补给地下水量的一个重要水文地质参数。沧州区域曾以1975至1982年的地下水动态资料求得该区多年平均年降雨入渗补给系数为0．15,第二次以典型年（1987、1988、1989）进行的分析,结果是：1987年（丰）为0．27,1988年（平）为0．26,1989（枯）为0．26。然而,随着地下水位不断的下降,情况已变化,故采用沧州区域现状条件下典型年（2003、2006、2007）地下水埋深及配套的降雨等资料对年降雨入渗补给系数进行了分析,结果是：2003年（丰）为0．24,2006年（平）为0．22,2007年枯）为0．21。     

沧州区域现状条件下年降雨入渗补给系数分析

年降雨入渗补给系数是推求年降雨入渗补给地下水量的一个重要水文地质参数。沧州区域曾以1975至1982年的地下水动态资料求得该区多年平均年降雨入渗补给系数为0．15,第二次以典型年（1987、1988、1989）进行的分析,结果是：1987年（丰）为0．27,1988年（平）为0．26,1989（枯）为0．26。然而,随着地下水位不断的下降,情况已变化,故采用沧州区域现状条件下典型年（2003、2006、2007）地下水埋深及配套的降雨等资料对年降雨入渗补给系数进行了分析,结果是：2003年（丰）为0．24,2006年（平）为0．22,2007年枯）为0．21。     

基于土地利用类型的大气降水入渗补给量计算

影响大气降水入渗补给量的因素较为复杂,主要有土地利用类型、降水量、包气带厚度及岩性等。随着遥感影像解译技术的发展,人们能更精确地识别空间土地利用类型,从而更精确地计算大气降水入渗补给量,并了解其空间分布。综合考虑这些影响因素,本文提出了一种基于土地利用类型,并结合地理信息系统(GIS)和VBA(visual basic for applications)编程技术的大气降水入渗补给量计算方法(PIRCL)。以广州市广花盆地为例,利用PIRCL法计算得到该地多年平均大气降水入渗补给量为14 369万m3,该结果与水量平衡法计算得到的大气降水入渗补给量结果相近,相对误差约为2.4%;并且,计算得到的大气降水入渗补给量空间分布基本合理。与水量平衡法相比,PIRCL法计算大气降水入渗补给量只需区域遥感数据、区域降水量数据、对应时段地下水位动态变化及区域水文地质参数,不需要计算地下水其他的补给、排泄项,可以省略大量的工作量,且方便编程实现。     

喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响研究

以枯落物层质量和雨强为影响因素进行室内人工模拟降雨试验,探讨喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响规律。结果表明:(1)地表无枯落物覆盖的情形下,除雨强为40mm/h无地表径流外,其它雨强的情形均有产流;且均随着雨强的增加,初始产流时间提前,地表产流产沙量增大。(2)在有枯落物覆盖情形下,初始产流时间有所延缓,在40mm/h雨强下,枯落物层明显影响了地表径流的产生,但随着降雨强度的增加,减少径流效果越来越不明显;(3)枯落物覆盖对减少土壤流失效果显著,其中降雨强度为90mm/h时,枯落物保沙效率约99%,当降雨强度为140mm/h时,达到94%。研究表明,喀斯特地区枯落物层对延缓地表径流和减少土壤侵蚀具有重要作用。     

基于Mein-Larson入渗模型的凹形边坡稳定性分析

坡面形态对边坡表面应力状态影响显著,而应力状态与边坡稳定性密切相关。以往的降雨入渗模型仅考虑直线形态的边坡,并没有考虑边坡为曲线形态的情况。将Mein-Larson入渗模型与坡形函数相结合,推导降雨作用下凹形边坡的入渗函数,结合极限平衡分析方法,提出一种凹形边坡稳定性计算模型。同时根据坡形拟合与坡形简化的思路,将实际边坡分别当作成凹形边坡和直线边坡进行研究。研究结果表明:湿润锋入渗深度与降雨时间呈线性关系,湿润锋面在不同降雨时刻下均与坡面平行。将实际边坡当作凹形边坡进行分析时,其降雨入渗规律更符合实际情况;当降雨时间为10天时,浅层斜坡模型得到的计算结果为0.95,而本文计算模型与数值模拟得到的稳定性系数分别为1.004和1.003,相对误差不超过1%。因此与以往提出的计算模型相比,该模型不仅考虑了实际边坡的坡面形态,而且具有计算简便、可靠度较高等特点。     

考虑初始含水率分布的覆盖层边坡非饱和入渗过程与稳定性计算方法

根据覆盖层边坡特性设计室内降雨试验模型,提出初始含水率分布沿高程呈反比例分布。根据边坡表面未饱和时降雨入渗受总降雨量控制的基本假设,建立了不排水状态下覆盖层边坡降雨入渗的解析计算方法。基于上述降雨入渗理论,考虑非饱和土抗剪强度变化规律,建立适用于非饱和覆盖层边坡的边坡稳定性计算方法。分析了覆盖层厚度、初始含水率分布参数以及覆盖层边坡角度对边坡稳定性的影响规律。具体结论如下:(1)覆盖层边坡内部初始含水率分布可采用反比例分布近似表示,基于总降雨量控制假设,得到可考虑初始含水率分布的覆盖层边坡降雨入渗解析计算方法。(2)基于半无限空间体边坡假设,给出覆盖层边坡在降雨入渗条件下不同位置滑动面的稳定系数计算方法。(3)在相同降雨量条件下,边坡初始稳定性随覆盖层土体厚度的增加而下降。降雨入渗对覆盖层边坡稳定性的影响随着上覆土层厚度的增加而减小。(4)当降雨量相同时边坡稳定性随着覆盖层土体初始含水率分布参数的增加而下降,降雨时间越长,初始含水率分布对边坡稳定的影响越明显。(5)不同角度的覆盖层边坡稳定性均随降雨量增加而逐渐减小。在初始状态下边坡角度增加所引起的最小稳定系数下降幅度最大,随着降雨量的增加,边坡稳定性受角度影响逐渐减小。     

强降雨条件下基岩型层状边坡入渗模型及稳定性研究

强降雨作用下基岩型层状边坡易发生失稳破坏,给人们生命财产造成重大损失。为探索基岩型层状边坡的降雨入渗过程,以Green-Ampt入渗模型为基础,考虑了边坡几何特征及饱和带渗流作用,得到了边坡不同入渗阶段入渗率和湿润峰深度的计算式,建立了适用于基岩型层状边坡的降雨入渗计算模型;在分析基岩型层状边坡稳定性时,考虑了饱和带的渗流作用,联合降雨入渗模型与极限平衡法,分析了基岩面与湿润峰面稳定性的变化规律,得到了计算基岩型层状边坡安全系数的解析表达式;结果表明,该模型的计算与试验结果具有一致性。利用该计算模型与传统计算方法对张家湾滑坡进行了强度为30 mm/h的降雨入渗与稳定性分析,得到了不同计算方法下张家湾滑坡湿润峰深度及安全系数随降雨历时增加而发生的变化规律,结果表明该计算模型在分析基岩型层状边坡稳定性时优于传统分析方法。     

基于降雨作用下滑面抗剪强度动态变化的层状边坡稳定性评价

降雨入渗对边坡稳定性具有重要影响。鉴于层状边坡在自然情况中广泛存在,因此,开展在降雨情况下的多层状边坡入渗模型及其稳定性研究具有重要意义。考虑各层土体的渗透性能差异,利用约束函数求得各层土体的有效渗透系数,并基于Green-Ampt模型建立层状边坡入渗模型。结合非饱和土强度经验公式,推导了考虑滑面抗剪强度动态变化的层状边坡稳定性方程。最后,对深圳某边坡在不同降雨强度和降雨历时下的稳定性系数进行了计算并对结果进行了分析。结果表明,当湿润锋未达到滑面处时,边坡稳定性系数与降雨历时和降雨强度呈线性关系。考虑边坡入渗能力,提出了降雨入渗临界时间概念。在任意降雨强度下,当降雨历时小于该时间时,边坡均不会失稳。本研究可以用于指导降雨情况下层状边坡的稳定性评价。     

利用人工降雨模拟试验计算降雨入渗系数的原理与方法

降雨入渗系数是地下水资源评价最重要的参数之一。而目前计算降雨入渗系数的方法较多,本文就人工降雨模拟试验计算降雨入渗系数的方法及其试验做一介绍。     

干旱区植被盖度增加对降水入渗补给地下水的影响——试验研究与数值模拟

随着西北旱区生态恢复工程的实施,该区生态环境持续改善,植被盖度不断增加。但植被冠层截留与蒸腾耗水加剧了包气带水分的亏空程度,减小了降雨对地下水的补给。采用原位试验方法,分析了植被覆盖区和裸土区不同深度土壤水势的变化规律。结果表明,受蒸发和蒸腾的共同作用,植被覆盖区平均土壤水势(-74k Pa)远低于裸土区(-16k Pa),且变化剧烈,土壤水以向上运动为主。而裸土区土壤水势高,变化小,40cm以下土壤水向下运移,因此可以持续补给地下水。采用Hydrus-1D软件进行了长序列土壤水数值模拟,定量分析了植被盖度增加与地下水补给的关系。数值模拟结果表明,在裸土条件下,降雨对地下水的补给量介于82~333mm/a之间,平均值为197mm/a,平均降水入渗补给系数为0.53。而在植被覆盖的情况下,地下水的补给量几乎为0。最后,从植被蒸腾耗水和冠层降水截留2个方面讨论了旱区植被盖度增加对降雨入渗补给地下水的影响,提出了旱区水与生态和谐发展的建议。     

黄土-泥岩接触面滑坡的两种雨型模型试验

黄土边坡变形失稳机理研究对于黄土滑坡灾害防治具有重要意义。黄土-泥岩接触面滑坡作为黄土滑坡类型之一,研究人员已对其失稳基本过程与形成机理有较为清晰的认识。但对于其在不同降雨类型下,特别是强降雨条件下的变形破坏过程则有待进一步探讨。因此,本文对黄土-泥岩接触面边坡开展室内降雨模型试验,研究其在强降雨条件下斜坡变形破坏模式。试验设计连续强降雨和间断强降雨两种降雨条件,对比分析两种降雨条件下边坡雨水入渗规律及变形破坏模式。结果表明:在两种典型降雨模式下,雨水入渗速率由边坡前缘至后缘逐渐降低;在坡体表层,随着降雨由间断至连续过渡,入渗速率逐渐增加;在坡体深部,入渗速率受边坡结构影响;间断降雨下边坡呈现滑移-拉裂失稳;在连续降雨条件坡体则表现为蠕滑-拉裂破坏。     

降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性影响分析

既往,降雨入渗对边坡稳定性的影响研究,主要集中在土质边坡,对裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下的稳定性研究相对较少。本文以大理海东新城开发某地段的边坡工程为背景,基于有限元软件Midas GTS模拟降雨条件下该边坡的应力场和渗流场的变化,并运用强度折减法,采用数值方法计算出降雨入渗后的边坡稳定性系数,结合孔隙水压力和饱和度的变化分析,综合评价边坡稳定性变化情况。模拟结果发现:在降雨条件下,考虑裂隙发育时的计算结果与宏观观察结果基本一致;裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下,降雨通过裂隙渗入到边坡深部,此时边坡的稳定性系数和基质吸力都会显著、迅速降低,从而导致边坡极易发生失稳破坏;在降雨条件下,采用预应力锚索+排水沟+裂隙处理的方案对边坡进行综合处理,稳定性系数从原始的1.25上升到1.58,避免了边坡发生失稳破坏造成的安全隐患。该研究结果将为降雨条件下裂隙岩质边坡的工程治理提供了参考和依据。     

原状枯落物覆盖对土壤温度及冻融过程的影响

为揭示枯落物在调节土壤温度及土壤冻融过程方面的作用, 对8 cm油松林原状枯落物覆盖(C8)、4 cm油松林原状枯落物覆盖(C4)、8 cm柞树林原状枯落物覆盖(B8)和裸地(CK)4种处理条件下10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm和60 cm深度的土壤温度进行监测, 结果表明: (1) 枯落物覆盖可以延长观测层土壤冻结期, C8观测层完成冻结比CK滞后18 d. (2) 枯落物覆盖对观测层土壤温度的影响具有双重性, 始冻期和完全冻结期具有保温效应, 解冻期主要为隔热降温效应. (3) 枯落物覆盖对30 cm以上土壤影响强于深层, C8处理下仅20 cm以上土层对气温变化敏感. (4) 枯落物对土壤温度的调解作用与覆盖枯落物的厚度和结构有关, 枯落物越厚, 结构越完整, 其调节土壤温度的作用越明显, 不同枯落物覆盖下的土壤温度差异系数为CK > C4 > B8 > C8.     

种植条件下降雨灌溉入渗试验研究

基于清水河平原头营和黑城试验场降雨(灌溉)入渗过程土壤水分运移观测试验数据的分析研究,笔者应用能量观点描述了包气带水分运移的分带性、降雨(灌溉)入渗补给地下水的水分条件和地下水入渗补给过程的基本特征。应用蒸散量模型、土壤水分通量模型,计算了作物生长期的蒸发蒸腾量、土壤贮水量的变化量、400cm深度处的土壤水分渗漏量及渗漏系数。从多年的角度分析了深层土壤水分渗漏量、渗漏系数与地下水入渗补给量和补给系数的关系。它对分析降雨(灌溉)入渗对地下水的补给过程和定量分析地下水入渗补给量、入渗补给系数具有重要价值。