非饱和土中溶质地表径流迁移模型及解析模拟

针对非饱和农田在降雨引起肥料溶质地表径流迁移流失的实际问题,建立了二层结构溶质地表径流迁移模型,根据溶质质量守恒定律和水量平衡原理,求得模型的解析解,并采用室内非饱和土壤实验验证解析模型的合理性。通过敏感性分析,探讨了模型参数和土壤物理参数对溶质地表径流迁移流失过程的影响。研究结果表明:非饱和土的吸附性增大将增强土壤溶质迁移流失到地表径流水的能力;土壤干容重增大将减少土壤溶质的地表径流迁移;土壤的初始体积含水率越高,土壤溶质的地表径流运移作用越强。     

西藏盐湖卤水蒸发速率的实验与计算

本文对国内外水面蒸发速率的研究进行了综述,总结了西藏扎布耶盐湖Φ20cm蒸发皿淡水蒸发量与气温、降水、日照的相关关系,提出了改进的扩展彭曼公式法,用于较为准确地计算盐湖卤水蒸发速率,并以西藏扎布耶盐湖为例计算了盐湖卤水蒸发。该方法可以应用于盐湖湖面蒸发与水量均衡计算,也可以应用于盐湖开发中的盐田工艺设计计算与实际生产应用。     

地表蒸发条件下的膨胀土初始开裂分析

针对地表蒸发条件下的膨胀土开裂问题,从定性和定量两个方面进行了分析,提出了膨胀土初始开裂的基质吸力临界判据,经比较与现场实测结果基本一致。采用线弹性力学方法,研究了地表蒸发条件下的膨胀土初始开裂深度,对其与土体抗拉强度、泊松比及密度等特性参数的关系进行了详细的论述。     

地表地下耦合的水量及溶质运移模拟研究进展

地表水与地下水之间存在强烈的相互作用,构建地表水和地下水耦合的水量和溶质运移模型可以揭示地表水和地下水之间的相互作用机制,并提高地表地下水量水质预测的精度。介绍了现有的地表地下耦合的水量及溶质运移模型,对比了各模型的求解方法和适用领域,总结了这些模型的应用现状。其中水量模型中全耦合模型精度较高,是未来模型发展的主流方向,溶质运移模型中溶质反应过程模拟较为欠缺。未来应在优化求解算法、提高溶质反应模拟和加强裂隙介质模拟等方面深入开展相关研究。     

森林对降水和蒸发的影响

河川径流是流域降水、蒸发、下渗、蓄存,等因素的综合结果。由于这些因素本身和它们之间关系的错综复杂,在估计森林影响上,不仅使定量计算难以准确,甚至在定性上也还存在着尖锐的争论。森林对于多年平均径流量的影响,相对于洪水来说,是其中比较简单的问     

便携式高精度游标螺旋测微装置测量地表岩石侵蚀速率可行性研究

直接测量岩石表面降低的高度是测算当前地表侵蚀速率的有效方法。本文介绍了一种便携式高精度游标螺旋测微装置的组成和原理。在原装置的基础上,增加了"T"型杆和底托套,并利用改造后的装置在唐山地区进行了野外实测试验。本次共测量98个测点,每个测点测量5～15次,获得1005条数据。其中极差小于0.1mm的点共74个,占所有点的75.5%;平均偏差小于0.1mm的点共87个,占所有点的88.8%,标准偏差小于0.1mm的点共86个,占所有点的87.8%,表明该设备在0.1mm数量级精密度良好。通过研究发现,在侵蚀速率较高的地区,利用高精度游标式螺旋测微装置直接在野外测量岩石侵蚀速率具有一定的可行性,并且可以通过改进装置或增加测量点的方法进一步提高测量准确度。     

大陆剥蚀速率与造山隆升速率研究的某些进展

大陆的机械剥蚀速率与区域高度和地表径流量呈正相关关系。化学溶蚀速率与地表径流量呈正相关关系。在大陆地壳无升降运动条件下，现代大陆剥蚀夷平至海平面只需30－300Ma。大陆平均高度受控于地球内部的放射性热能，由于放射性热能的缓慢衰减而引起大陆平均高度的缓慢降低。剧烈构造运动期间，隆升速率可以是剥蚀速率的数倍，由于隆升的阶段性（短期性）和剥蚀的持续性（长期性）使大陆高度长期发生不断的变化。     

非达西裂隙流对渗透性基岩中流场及溶质羽的影响

以基岩渗流方向与裂隙轴向呈45度角为例,探讨了当裂隙轴向与基岩水流斜交时,裂隙流的非达西程度对流场及溶质运移的影响.使用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件构建了一个在中部包含水平单裂隙的正方形多孔介质模型,裂隙中的非达西流用Izbash方程去刻画,裂隙的上游基岩中存在持续的溶质源.随着裂隙水流的非达西程度逐渐增强,流场及污染物分布表现出如下特征:（1）裂隙中水流流速逐渐增大;流线在裂隙与基岩界面处的折射逐渐偏离折射定律;（2）裂隙水流的流向逐渐偏向基岩水流的渗流方向;（3）溶质羽宽度变宽但对称性逐渐降低;（4）溶质在水平方向上的浓度峰值逐渐降低,右侧浓度逐渐升高;（5）裂隙产生的回弥散对溶质运移作用逐渐增强,使裂隙中更多的溶质运移到了上层基岩中.总体而言,裂隙流的非达西程度对流场及污染物分布有着显著的影响.      

死端孔隙对溶质运移影响的实验研究

拖尾分布是溶质运移规律研究的热点和难点。死端孔隙、透镜体等空间结构形成的非均质性以及密度变化产生的指状流会导致溶质运移拖尾分布。论文选择保守性溶质氯化钠作为示踪剂,采用砂柱实验系统地研究了以死端孔隙导致的非均质性以及由不同浓度和温度形成的变密度条件对溶质运移拖尾分布的影响。实验结果表明:死端孔隙的存在会延迟溶质运移穿透曲线出峰时间,降低峰值及出现拖尾分布,随着死端孔隙介质体积或数量的增加这一现象越明显;随着溶液浓度的增加拖尾现象越明显,且温度的升高会加剧这一现象。对比死端孔隙、温度和浓度三者对溶质运移拖尾分布的影响,其中影响最大的是死端孔隙,其次是浓度和温度。     

森林对地表径流影响的模拟实验初探

采用室内模拟实验的方法,进行了有林地与无林地的地表径流模拟对比实验,得出森林能减少径流量、调节径流过程的初步结论.研究表明,用室内模拟实验的方法研究森林的水文效应是一条有效的途径.     

Effect of climate change on the trends of evaporation of phreatic water from bare soil in Huaibei Plain,China

When the soil condition and depth to water table stay constant, climate condition will then be the only determinant of evaporation intensity of phreatic water from bare soil. Based on a series of long-term quality-controlled data collected at the Wudaogou Hydrological Experiment Station in the Huaibei Plain, Anhui, China, the variation trends of the evaporation rate of phreatic water from bare soil were studied through the Mann-Kendall trend test and the linear regression trend test, followed by the study on the responses of evaporation to climate change. Results indicated that in the Huaibei Plain during 1991-2008, evaporation of phreatic water from bare soil tended to increase at a rate of 5% on monthly scale in March, June and July while in other months the increase was minor. On the seasonal basis, the evaporation saw significant increase in spring and summer. In addition, annual evaporation tended to grow evidently over time. When air temperature rises by 1 °C, the annual evaporation rate increases by 7.24–14.21%, while when the vapor pressure deficit rises by 10%, it changes from-0.09 to 5.40%. The study also provides references for further understanding of the trends and responses of regional evapotranspiration to climate change.     

土体水分蒸发研究进展

土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一,对土体的工程性质有重要影响,是许多工程和环境问题的直接诱因,但长期被本学科所忽视。基于国内外近些年来其他学科领域围绕土体水分蒸发问题所取得的研究成果,分别从土体蒸发量确定方法、试验方法、蒸发过程、影响因素及理论模型等几个重要方面总结了该课题的研究现状及进展,取得如下主要认识：（1）准确确定土体的实际蒸发量是土体水分蒸发研究的核心课题,目前主要有理论计算法和直接测量法两种途径;（2）开展蒸发试验是掌握土体水分蒸发过程和研究土体水分蒸发机制的重要途径,目前主要有室内试验和原位试验两种。相比而言,基于环境箱的室内蒸发试验方法具有较好的应用前景;（3）土体水分的蒸发过程可划分为3个阶段：常速率、减速率和残余阶段;（4）影响土体水分蒸发的因素归纳起来可分为内部土性和外部环境因素两类,前者主要影响土体水分的传输能力,后者主要影响蒸发能量的供应强度;（5）当前关于土体水分蒸发量的计算和预测模型较多,但往往存在误差大、适应范围窄或参数难于获取等不足。基于上述认识,并结合本学科的研究背景,提出了今后该课题的研究重点和方向,包括减速率阶段的蒸发机制、土性参数与蒸发速率之间的量化关系、黏性土尤其是膨胀土中水分的蒸发和迁移机制、高精度原位土体水分蒸发试验设备的研发和构建通用型的土体水分蒸发理论模型等。     

大气影响下平顶山膨胀土地表蒸发研究

为探索膨胀土的蒸发特征,对平顶山市区膨胀土进行了不同初始含水量土体的室内和室外蒸发试验研究,测试了蒸发过程中土体含水量在不同深度的变化。对室内、外试验结果及其差异性进行了分析,发现室内和室外土样的蒸发强度差别较大,但是蒸发系数相差不大,蒸发系数与土体含水量、含水量梯度有较强的相关性。地表土体接近饱和时,蒸发系数在1上下波动。随着蒸发的持续,蒸发系数随地表含水量降低而下降,含水量梯度随地表含水量的降低而升高。当地表含水量达到残余含水量时,含水量梯度达到极大值,持续蒸发含水量梯度将继续减小。土体蒸发系数与蒸发历时进行拟合,呈较好的对数关系。     

喀斯特裸坡土壤侵蚀模拟研究

文章通过人工模拟降雨试验,研究不同地下孔（裂）隙度、基岩裸露率和雨强对地表、地下产流、产沙的影响,其结果表明:（1）土壤侵蚀与地下孔（裂）隙度具有较高相关性,地表产流、产沙随地下孔（裂）隙度的增大而减小,而地下则相反;（2）坡面径流刚产生时,雨滴击溅和薄层水流冲刷,土壤细小颗粒堵塞其毛管空隙,渗漏率减小,而地表径流量增大,土壤团聚体被破坏、分散和迁移,降水与土壤渗漏率增大,地表径流量减小,雨滴击溅增强,如此循环,降水与土壤渗漏率呈波动性变化;总体而言,地表、地下悬移质均随降雨历时呈下降趋势,而地表推移质则相反,地表、地下产流量变幅较小,趋于平行;（3）地表产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈下降趋势;而地下产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈增大趋势;（4）在较小雨强30 mm/h时,地表只产生悬移质流失,没有产生推移质流失;地表、地下产流、产沙都是随雨强增大而增大;雨强由30 mm/h增大到150 mm/h,地表累积产流量为538.5 L,累积产沙量为2 393.81 g,地下累积产流量为207.8 L,累积产沙量为687.73 g,累积产沙量的递增速率比累积产流量的递增速率要大,地表产流、产沙的递增速率大于地下产流、产沙的递增速率;（5）各因子与土壤侵蚀间相关程度为:降雨历时>雨强>地下孔（裂）隙度>基岩裸露率。该实验有助于为喀斯特地区的水土流失研究、评价及制订石漠化治理措施提供理论依据。      

降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响

降雨入渗降低边坡的稳定性,蒸发增加边坡的稳定性,降雨和蒸发对边坡稳定性的定量研究是很有意义的。采用蒸发和降雨模型对边坡进行非饱和-非稳定渗流分析,用总凝聚力表示的Bishop极限平衡法计算边坡安全系数。采用数值方法对算例土质边坡进行了研究,得到了孔隙水压力随时间变化的关系、边坡安全系数随时间变化的关系。结果显示：土体中孔隙水压力与天气条件、边坡安全系数与天气条件之间存在滞后关系;降雨和蒸发对边坡的表层滑动稳定性影响非常大,对深层滑动稳定性影响相对较小;降雨过程中边坡的临界滑动面由较深位置向较浅位置转变,蒸发过程则相反。     

枫丹白露砂土的环境箱蒸发试验

为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数（空气温度、相对湿度和流量）和土壤参数（土壤温度、基质吸力和体积含水量）的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大; 实际蒸发速率呈现3个阶段。     

岩溶石山区坡地土壤剖面水分与蒸发特征——以桂林丫吉试验场为例

选取桂林丫吉试验场岩溶石山坡面上典型覆盖土壤的两个单元体为对象,对其土壤剖面层含水量的分布变化、土壤蒸发速率大小及其相关影响因素进行分析研究,结果表明:(1)土壤剖面最大含水率层位于土壤底部与基岩的交界处,中间过渡层土壤含水量最少,表层土壤水分受外界因素影响而变化显著;(2)在夏季岩溶石山区地表蒸发强烈,直径10cm的土壤柱日蒸发量为5~12mL之间,夜蒸发量在0~3mL之间;(3)几天内决定地表土壤日蒸发量(y)大小的因素主要是太阳辐射(x2)和土壤温度(x4),其关系式可表示为:y=18.018+0.001x2-0.691x4。      

Comparison of diurnal dynamics in evaporation rate between bare soil and moss-crusted soil within a revegetated desert ecosystem of northwestern China

Effects of biological soil crusts (BSCs) on soil evaporation is quite controversial in literature, being either facilitative or inhibitive, and therein few studies have actually conducted direct evaporation measurements. Continuous field measurements of soil water evaporation were conducted on two microlysimeters, i.e., one with sand soil collected from bare sand dune area and the other with moss-crusted soil collected from an area that was revegetated in 1956, from field capacity to dry, at the southeastern edge of the Tengger Desert. We mainly aimed to quantify the diurnal variations of evaporation rate from two soils, and further comparatively discuss the effects of BSCs on soil evaporation after revegetation. Results showed that in clear days with high soil water content (Day 1 and 2), the diurnal variation of soil evaporation rate followed the typical convex upward parabolic curve, reaching its peak around mid-day. Diurnal evaporation rate and the accumulated evaporation amount of moss-crusted soil were lower (an average of 0.90 times) than that of sand soil in this stage. However, as soil water content decreased to a moderately low level (Day 3 and 4), the diurnal evaporation rate from moss-crusted soil was pronouncedly higher (an average of 3.91 times) than that of sand soil, prolonging the duration of this higher evaporation rate stage; it was slightly higher in the final stage (Day 5 and 6) when soil moisture was very low. We conclude that the effects of moss crusts on soil evaporation vary with different evaporation stages, which is closely related to soil water content, and the variation and transition of evaporation rate between bare soil and moss-crusted soil are expected to be predicted by soil water content.     

西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度

鉴于包气带蒸发的水分是从地表散失,故查明裸土蒸发规律对研究包气带水分蒸发、潜水蒸发问题具有重要意义。为了查明西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度规律,通过开展裸土含水率观测、包气带负压观测等野外原位试验,结合气象资料,对包气带剖面流场特征进行分析,采用有限差分法对裸土蒸发强度进行计算。结果表明：依据包气带水分在垂向上迁移的不同状态,将裸土区包气带剖面划分为水分向上传输带和水分向下迁移带2个带;西北内陆干旱盆地裸土包气带极限蒸发深度为1.2 m;受外界蒸发能力和包气带向上输水能力交替控制作用,盆地内裸土蒸发出现在4月下半月至9月下半月,其中4月下半月至5月裸土蒸发强度最大,平均蒸发强度达0.56 mm/d;裸土蒸发强度平均仅占水面蒸发强度的3.5%,最大达6.7%。