斜坡降雨入渗在Flac中模拟

为了简化分析,在模拟斜坡降雨入渗暂态渗流时,通常没有考虑入渗和产流的耦合过程,通过施加流量边界或零水头边界进行地下水渗流计算,通过在FALC中利用内嵌的fish语言,考虑地表径流和地下渗流的耦合以及雨向影响下斜坡降雨入渗过程,并通过算例分析了考虑和不考虑耦合、对斜坡孔隙水压力分布以及考虑各种雨向作用下对坡面积水深度的影响。     

极端降雨事件对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤碳释放的影响

于2011年5-8月,选择腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区藻类、藓类和混生结皮覆盖的土壤为对象,研究了极端降雨量(降雨量44.7 mm、强度0.04 mm,min-1)、极端降雨强度(降雨量8.3 mm、强度0.55 mm·min-1)及普通降雨(降雨量16.3 mm、强度0.02 mm·min-1)条件下的碳释放过程.碳释放量的测定采用Li-6400-09土壤呼吸室,降雨结束后立即开始观测,直到呼吸速率恢复到降雨前水平时停止观测.结果表明:极端降雨(降雨量和降雨强度)结束初期藻类和混生结皮覆盖土壤的呼吸速率受到明显抑制,藻类结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.12 μmol·m-2·s-1和0.41 μmol·m-2·s-1,混生结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.10 μmol·m-2·s-1和0.45μmol·m-2·s-1;而极端降雨对藓类结皮覆盖土壤的影响不明显,呼吸速率分别为0.83 μmol·m-2·s-1和1.69μmol·m-2·s-1.这说明处于演替高级阶段的藓类结皮能够很好地应对短期的极端降雨事件.     

Using live vegetation volume to analyze the effects of plot Pinus massoniana Lamb on water and soil conservation under natural rainfall events

The 3-D spatial distributions of vegetation are of great significance for water and soil conservation but are rarely concerned in literatures. The live vegetation volume （LVV） was used to relate to water/soil loss under 144 natural erosive rainfall events from 2007 to 2010 in a typical water-eroded area of southern China. Quadratic polynomial regression models were established for five pure tree （Pinus massoniana Lamb） plots between LVV and water （rtmoff）/soil conservation effects （RE/SE）. RE/SE corresponds to the ratios of runoff depth/soil loss of the pure tree plots to that of the control plot under each rainfall event. Increasing LVV exhibits descending （DS）, descending-ascending （DA）, ascending-descending （AD）, and ascending （AS） trends in the LVV-RE and LVV-SE curves. The effects of soil conservation on the plots were generally more noticeable than the effects of water conservation, and most of the RE and SE values reflected the positive effects of water and soil conservation. The effects were mainly positive under heavy rains （e.g., rainfall erosivity, R = 140 MJ mm ha-l h, maximum 30 min intensity, I30 = 16 mm h-l）, whereas the effects were mainly negative under light rains （e.g., R = 45 MJ mm ha-1 h, I30 = 8 mm h-l）. The trees＇ water/soil conservation effects notably transformed when rainfall erosivity and intensity were lower than the positive or negative effects to a certain threshold. About 50% rainfall events led to obvious transform effects when LVVs were near 0.5 or 0.6. These results are able to aid in the decision making on the forest reconstruction in water-eroded areas.     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

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。     

模糊可变集合方法在降雨相似性分析中的应用

基于特定流域场次降雨具有的相似性,应用考虑区间值模糊可变的模糊可变集合方法进行场次降雨相似性分析。通过计算各场次降雨隶属于各降雨级别的特征值及与目标场次降雨之间的相似距离,从而获得流域场次降雨相似性排序,有效解决了场次降雨相似分析中的模糊性和不确定性问题。找出与实时阶段场次降雨相似的历史场次降雨,预估水库实时阶段面临的洪水过程及量级,可为水库防洪调度提供信息参考。     

一种用于突发性场地污染模拟的解析模型

为了及时有效地应对各种突发性环境污染事故,有必要开发一种简单实用、适于各类型污染物的场地污染数学模型。通过污染事故发生后污染物在包气带、饱和带迁移转化的概化,建立了污染物运移的自由入渗模型以及降雨入渗模型并给出各自相应的解析解。无降雨时,考虑污染物在重力作用下随包气带向下渗透的作用,建立一维垂直入渗模型。有降雨时,考虑污染场地（包气带）中污染物迁移和转化的对流作用、扩散作用及挥发、生物降解、吸附、根系吸收等作用,建立包气带剖面二维溶质运移模型和饱和带平面二维溶质运移数学模型。建模过程中,假定降雨量的平均分布及土壤质地、水力参数以及有机物成分、种类均相同,同时假定污染物与多孔介质间的作用为线性吸附,植物根系对污染物的吸附遵循一级动力学。基于模型的解析解,实现案例的模拟计算。模拟结果表明：该模型具有适用范围广、模拟高效快捷等优点,能够较准确预测污染发生后污染物在土壤中的动向、到达饱和带的时间以及饱和带中污染物的迁移情况。     

降雨型浅层滑坡危险性预测模型

通过分析SHALSTAB和TRIGRS等浅层滑坡物理确定性模型存在的问题,提出了基于降雨入渗动态守恒的瞬态降雨入渗模型,该模型考虑了初期降雨过程、降雨历程以及饱和非饱和入渗过程,证明了SHALSTAB模型是该模型的特殊形式,并克服了TRIGRS模型参数繁多及一维入渗路径的问题.将无限边坡模型、瞬态降雨入渗模型和GIS进行耦合,研发了可用于大范围降雨型浅层滑坡危险性预测的集成系统,根据边坡的地质条件、地形参数和降雨特征即可对降雨条件下浅层滑坡的危险性进行评估.     

云南两次局地暴雨过程水汽输送特征分析

采用常规观测资料、NCEP再分析资料,结合数值试验,对2012年5月24日和2015年9月27日云南两次局地暴雨过程水汽输送特征进行分析。结果表明：（1）两次过程主要受副热带高压影响,强降雨及其水汽输送伴随副热带高压西伸而中断,“5.24”过程动力条件主要由天气尺度系统提供,“9.27”过程动力条件主要为地形抬升作用;（2）两次过程水汽源地均为孟加拉湾、南海、西太平洋,“5.24”过程以西南路径水汽输送为主,输送距离较远,“9.27”过程以东南路径水汽输送为主,输送距离较短,局地特征更显著;（3）“9.27”过程水汽通量及最大雨量值均高于“5.24”过程,水汽通量与强降雨相关性较好,对强降雨具有一定指示意义;（4）两次过程水汽输送均集中在600hPa以下层,以经向偏南水汽输送为主,水汽输送增强时间较强降雨开始时间提前48～72h;（5）数值模拟结果与常规分析一致,同时可显示水汽垂直输送特征,低层以偏南路径为主,中层西南路径增多,中层以上出现偏西路径,存在沿西风带来自印度半岛及青藏高原的水汽贡献。     

2002~2020年刚果河流域陆地水储量变化分析

利用德克萨斯大学空间研究中心（CSR）发布的GRACE时变重力场模型,基于最大信噪比准则确定RL06球谐系数模型（spherical harmonics,SH）的最优高斯滤波半径,在此基础上反演2002-04~2020-05刚果河流域陆地水储量变化,结合水文与降雨、蒸散资料分析其驱动因素。研究结果表明,GRACE模型估计的刚果河流域水储量变化和水文模型估计的地表水储量变化的周年振幅一致,表明刚果河流域的陆地水储量周年变化驱动因素为地表水。对于年际变化,2002-04~2020-05陆地水储量变化呈轻微增加趋势,2002-04~2006-12明显减少,RL06 SH模型估计结果为-2.30±0.24 cm/a;2007-01~2010-12呈现增加趋势,为0.38±0.24 cm/a;2011-01~2020-05水储量增速变大,为0.92±0.12 cm/a,该结果与CSR Mascon估计结果一致。