沟灌土壤水分运动数值模拟与入渗模型

为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程.用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快.以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型.     

基于文献可视化分析的土壤团聚体研究进展

从时间和空间尺度梳理了土壤团聚体的发展历程,通过分析发文时间、发文国家和地区以及关键词等把握土壤团聚体的研究方向、热点和发展趋势。近10年来,土壤团聚体的研究方向主要集中在气候变化背景下土壤有机碳对土壤团聚体稳定性的影响机制,以及土壤团聚体在缓解土壤侵蚀、风蚀和重金属污染等方面的作用。土壤团聚体研究的热点是不同土地管理制度或者不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响机制,以及土壤团聚体在碳循环中的作用。同时发现对土壤团聚体的研究高度集中在中低纬度、中低海拔地区,而对高纬度、高海拔地区关注不够。未来土壤团聚体的研究仍会在气候变化背景下展开：(1)研究其与土壤有机碳的相互作用机制,充分发挥其固碳潜力;(2)研究其与土壤水分的关系,探究其对不同尺度水循环的影响;(3)在高纬度、高海拔地区进一步开展深层次和外延性的研究。     

贵州茂兰喀斯特地区土壤全钙含量空间估算模型与迁移分析

文章在世界自然遗产地贵州荔波茂兰保护区采集土壤全钙数据,分析采用地理加权回归（GWR）方法进行空间分析的有效性,筛选识别影响土壤全钙空间分布的主要因子,建立喀斯特地区土壤全钙含量空间分布计算模型,获取研究土壤全钙空间分布基础数据。通过土壤流失方程（USLE）计算土壤侵蚀状况,对比分析土壤全钙与土壤侵蚀空间关联,揭示土壤全钙的空间迁移规律。结果表明:（1）在岩性一致条件下,相对高差和坡度是影响土壤全钙空间分布的主导因子;（2）GWR模型的预测精度优于全局回归的（OLS）,相关系数分别是0.41和0.39;（3）通过土壤全钙含量空间估算模型,计算得到研究区土壤全钙空间分布特征,土壤全钙为0 ~37.68 gkg-1。研究结论说明,在湿润气候的喀斯特地区,尽管植被覆盖度大,但土壤全钙空间分布仍然深受成土母质影响,喀斯特峰林土壤侵蚀强度大,土壤全钙含量高,物质迁移以流失为主,峰丛洼地土壤侵蚀强度小,土壤全钙含量低,物质迁移以淋溶流失为主。      

地区线性矩法估算的暴雨频率设计值空间连续性问题探讨

地区线性矩法(Regional L-moments Analysis,RLMA)是目前最先进的频率估算方法之一,自20世纪90年代起被广泛应用于美国及其他一些国家的防洪设计标准的分析计算中;我国近年也在太湖流域暴雨频率分析中成功地采用推广了这一水文气象途径的频率计算方法,积累了实际经验。但是,由于地面雨量站点有限、资料长度有限以及站点空间分布的不均匀等问题,研究区中相邻水文气象一致区之间暴雨频率估算值会出现空间不连续性的现象,这个空间不一致的问题尚没有得到合理的解决。在简要介绍地区线性矩法推求频率估计值的基础上,着重讨论并介绍一种概念清楚、简单易操作的基于空间往返二次内插的校正方法,来解决频率估算值空间不连续的问题。这种空间内插平差主要通过构造一个与研究区实测站点控制面积相应分辨率的虚拟网格站网来实现。研究结果表明,经过平差后校正的研究区内各站点的频率估计值的经验频率与理论概率更加接近,频率估计值的空间分布也更加合理。     

土壤-植物-大气连续体模型中的蒸散发计算

土壤-植物-大气连续体(SPAC)中包括一系列的水分与能量交换过程.本文侧重探讨蒸发与蒸腾的过程及其定量.主要内容包括(SPAC)综合模型;各种蒸散发参数的确定;作物蒸腾量的确定;棵间土壤表面蒸发量的确定.用实际观测资料进行验算,得出比较符合实测过程的蒸发和蒸腾计算结果.     

非饱和土壤溶质迁移转化模型参数优化估算

在分析非饱和土壤中水分和溶质迁移转化规律的基础上,采用与坐标网格相适应的分块连续作用的水动力函数,研究模型参数最优化估算技术.运用Gauss-Newton最小化计算的Levenberg-Marquardt修正法来实现反求模型的迭代问题.该方法被应用于估算一维土柱和二维土槽试验研究模型的参数,探讨了参数给定与估算数量对参数的置信区间和预测效果的影响.经验证表明,参数优化估算技术是可行的,以此参数进行模型预测,其结果是可信的.     

化学蚀变指数(CIA)反映湿润亚热带风化壳型土壤风化强度的适用性探讨

风化壳型土壤剖面是记录"地球关键带"长期信息的重要载体。然而,目前对大范围的风化壳-土壤原位风化过程研究较少,化学风化指标能否指示其风化强度存在争议。本研究以广东省湿润亚热带气候主导区的6个花岗岩风化壳型土壤剖面为研究对象,结合土壤的常量元素地球化学和粒度数据来描述剖面的化学风化和物理变化,探讨CIA反映湿润亚热带风化壳型土壤风化强度的适用性。结果显示：在温带地区迁移作用微弱的惰性元素Fe、Al、Ti在亚热带风化剖面上层含量相对中下层较低;随着地区降水量的增加,CIA从剖面顶部到底部数值呈增加趋势,这与风化壳剖面自上而下风化强度减弱的理想风化趋势相悖;并且发现CIA指标与气候参数,尤其是降水之间存在良好的反相关关系（R2=0.77,P < 0.01,y=-0.0065x+104.01）。通过对该异常现象的探讨,得到以下认识：在湿润亚热带地区,风化壳表层土壤具有复杂的物理、化学变化,尤其是高降水量引起的物理侵蚀使得化学活动性弱的Fe、Al、Ti氧化物、以及粘粒被地表径流带走或者下渗到更深层土壤中,使得表层土壤的CIA值偏低,不能真实反映其化学风化强度。因此,在应用CIA指标反映湿润亚热带高降水地区风化壳土壤剖面的风化强度时应当谨慎。     

石灰岩发育土壤团聚体形成机制研究

土壤团聚体是土壤最基本的结构单元。为了解岩溶地区石灰岩发育土壤团聚体的形成机制,选择贵阳市花溪区花溪水库石灰岩所发育的土壤为材料,采用干、湿筛法,分析团聚体颗粒的分级情况,并比较拆分有机质与钙镁铁铝离子间连接后四种离子含量的变化以及团聚体各粒级含量的变化。结果显示:团聚体是由细小颗粒在胶结物质有机质与钙镁铁铝离子结合下形成微团聚体,进一步形成更大粒级的团聚体,最后在分子力的作用下粘结土粒或者其他团聚体形成完整的团聚体结构;有机质与钙离子的结合是团聚体形成的主要胶结物质,其次为有机质与镁铁离子的结合,有机制与铝离子的结合作用不大,这与石灰岩矿物主要是碳酸钙有关;研究区发育土壤大粒级水稳性团聚体含量相对较高,土壤抗蚀性好,抵抗侵蚀能力强。      

黑龙江省绥棱县土壤硒空间分布特征及其与土壤性质的关系

基于黑龙江省1：5万富硒土地专项调查取得的7701个高精度土壤数据,分析了硒、有机碳（TOC）、pH等理化指标,运用统计分析、相关分析研究了绥棱县农田土壤硒空间分布特征,并探讨硒与土壤性质的关系.结果表明,土壤硒含量在0.05×10-6~0.87×10-6之间,平均硒含量0.27×10-6;农田土壤以足硒为主,足硒土壤占比88.00%,富硒土壤占比3.90%,硒潜在不足土壤占比7.24%,缺硒土壤占比0.86%.不同土壤类型硒平均含量由高到低依次为黑土>草甸土>暗棕壤>白浆土>风沙土.相关分析结果表明,TOC是影响土壤Se含量的主要因素,pH对土壤Se含量影响不明显.     

砂沟滴灌技术参数模型

在分析砂沟滴灌土壤入渗规律的基础上,根据水量平衡原理建立了求解砂沟滴灌技术参数(沟宽、沟高、透水边壁高度、滴头流量)的模型,并将恒定水头积水入渗试验和Philip模型用于求解模型中的土壤入渗性能。以该模型计算的技术参数为基础,通过砂沟滴灌试验验证了模型的可行性,并对影响模型精度的因素做出了分析。试验结果表明,该模型能够较精确地设计砂沟滴灌技术参数。二维恒定水头积水入渗试验中,土壤吸渗率和渗透率是灌水时间的函数,砂沟滴灌中变化的积水深度和湿周是影响模型精度的另一个因素。     

基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。     

河套灌区井渠联合运用优化灌溉模型

针对河套灌区的地面水与地下水联合运用问题,提出了井渠结合优化灌溉模型,以最佳种植模式和最优工程运行策略,达到控制地下水位、防治土壤盐碱化、获得农作物稳产高产的目的.模型有调蓄地面水源、土壤贮水层、地下含水层的能力.优化计算成果与266.7hm2试验示范区的实际运行结果相吻合,节水、节能、增产及控制地下水位、改良盐碱地等效果十分显著,这对发展节水型灌溉农业具有重要的现实意义.     

基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究

土体硬化模型已成为基坑数值分析中最常用的本构模型之一,其应用的关键是计算参数的确定。首先采用薄壁取土器现场取得土样,通过基于GDS的三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水卸载-再加载试验及标准固结试验获得了上海典型土层土体的三轴试验应力-应变曲线和固结试验荷载-应变关系曲线。然后根据曲线确定了各土层的HS模型参数,建立了各土层HS模型参数中切线模量 、割线模量 、加载模量 的比例关系,并探讨了这些模量与压缩模量 之间的比例关系。最后将各层的模型参数与模量间的比例关系与国内外其他软土地区的结果进行了比较。试验结果可作为上海地区及其他软土地区基坑工程数值分析中确定HS模型参数时的参考。     

软黏土蠕变模型参数的确定方法研究

土的蠕变问题进行数值分析一般都需要用黏弹塑性有限元的方法来求解,如何取参数是关键性的问题。软黏土的蠕变过程可能持续几十年甚至上百年的时间,而实验室中的实验一般只进行几个小时或者几天最多几个月的时间,因次,用短时间的实验数据来外推长时间范围的结果就显得非常重要。提出了利用实验数据估算软黏土蠕变模型有限元参数的方法,并利用黏弹塑性有限元程序计算天津港突堤蠕变问题的计算结果来分析模型参数的变动对蠕变问题的计算结果的影响。采用了所提出的参数分析和评价方法的黏弹塑性有限元系统被运用于多项工程计算中,取得了良好的效果。     

利用变参数回归方法反演泥质岩裂缝密度

本文利用变参数回归分析建立了多口井的泥质岩储层裂缝密度模型。该模型的平均相对误差为１３．５％,较常系数回归分析、ＢＰ网络模型进行裂缝预测的精度高（平均相对误差分别为３８．７％、１７．９％）。通过实际资料处理认为该油田在纵向上随时代变老,深度加深,裂缝密度降低。即从Ｎ２２、Ｎ１２到Ｎ１,平均裂缝密度从０．７８条／ｍ、０．５条／ｍ降低到０．３条／ｍ。在平面上,沿构造轴部裂缝最发育,平均裂缝密度Ｎ２２、Ｎ１２、Ｎ１层分别为０．５８条／ｍ、０．６条／ｍ、０．３条／ｍ。     

围岩力学参数反演的GSA-BP神经网络模型及应用

针对遗传算法（GA）存在早熟现象和局部寻优能力较差等缺陷,引入具有很强局部搜索能力的模拟退火算法（SA）,组成改进的遗传模拟退火算法（GSA）提高优化问题的能力和求解质量。针对BP神经网络容易陷入局部最小和收敛速度慢等方面的不足,应用改进的遗传模拟退火算法搜索BP神经网络的最优权值和阀值,提高BP神经网络的预测精度,建立了围岩力学参数反分析的GSA-BP神经网络模型。将该模型应用于乌东德水电站右岸地下厂房围岩力学参数的反演分析中,根据监测围岩变形数据反演围岩力学参数,反演所得参数应用到正计算分析中,得出的计算位移与实测值吻合较好,说明该方法的有效性和应用于该工程的可行性。     

免疫遗传算法在土石坝筑坝粗粒料本构模型参数反演中的应用研究

建立了确定筑坝粗粒料本构模型参数的有限元计算理论与IGA相结合的反演分析方法,利用公伯峡筑坝现场大型载荷试验资料,对筑坝原级配料的本构模型参数进行了反演研究。结果表明,由于在微弱风化花岗岩掺加云母片岩,颗粒破碎严重,爆破堆石料（3BⅠ）的原级配粗粒料反演参数远低于室内三轴试验成果;与3BⅠ堆石料相反,砂砾料（3BⅡ）现场反演得到的邓肯E~B模型参数高于室内三轴试验值;室内三轴试验成果不能客观反映筑坝材料的力学特性,对于当今的300 m级高土石坝建设,宜加强对原级配粗粒料的力学特性研究;同时对原型实测的空间位移场不同拟合方式进行了探讨,认为仅考虑铅直向变形的IGA参数反演成果能基本满足土石坝工程的精度要求。     

软土物理力学性质指标与微结构参数的灰色关联-神经网络模型

通过对广州市南沙地区大量软土物理力学试验和微结构分析,获取了40组软土试样的物理力学性质指标和微观结构参数。综合运用灰色关联分析的数据分析能力和人工神经网络的非线性映射功能,建立了软土物理力学性质指标与微结构参数的灰色关联-径向基神经网络模型。该模型利用灰色关联分析方法对数据进行预处理,提取重要因子作为网络的输入,而径向基神经网络充分利用样本数据信息,自适应确定隐含层节点个数、径向基函数中心、宽度以及网络的权系数。克服了传统RBF网络隐层节点数为样本个数,当数据较多时导致网络结构庞大、学习速度慢的缺点。通过模型A和模型B的实例研究表明,该方法简化了网络结构,提高了训练速度和预测精度,为软土物理力学性质与微结构参数关系的定量研究提供了一条有效途径。