基于HYDRUS-1D模拟的变水头入渗条件下VG模型参数敏感性分析

采用单因素扰动分析法,分别对土壤水力参数残余含水量θr、饱和含水量θs、饱和导水率Ks、经验参数α和n进行扰动,选用HYDRUS-1D模型模拟南京市区2年一遇降雨条件下土壤水分入渗过程,分析变水头入渗条件下各土壤水力参数的敏感性,定量描述土壤水力参数变化对HYDRUS-1D输出变量土水势和累积入渗量的影响,简化后续模型率定工作,提高模型模拟精度。结果表明:在变水头入渗条件下,5个参数对土水势与累积入渗量敏感性排序均为nKsθsαθr,其中α和n对于地表0～10 cm附近的土水势影响较大,Ks与θr,以及θs与α对土水势影响规律类似;±25%扰动情况下,θs、Ks与n三者对累积入渗量的影响均大于10%。因此,在进行变水头入渗条件下模拟计算中应保证Ks、θs、α和n参数的准确性。     

吉林西部盐碱土壤水力学参数特征及其影响因素

为探究吉林西部盐碱化土壤水力学参数的空间变化特征及其影响因素,测定了盐碱土和非盐碱土0~20,20~40,40~60,60~80,80~100 cm土壤水分特征曲线(SWCC)、容重、全盐量、含水量、机械组成等,利用van Genuchten模型(VG)进行曲线拟合和参数求解.结果表明,VG模型适于描述研究区盐碱土水分特征曲线;盐碱与非盐碱土壤水分特征曲线和Ks存在显著性差异;θs和n值变异性较弱,θr和α中等变异强度;Ks的空间变异性较强,盐碱土剖面为强变异(CV=109.09%),非盐碱土为中等变异强度(CV=51.09%);土壤全盐量与p H值、土壤机械组成是土壤水分特征曲线及Ks的主要影响因素.     

黄土水分入渗规律的数值模拟研究

运用数值模拟手段研究地表入渗作用下土水特征曲线(SWCC)参数与边界条件对入渗结果的影响,以探究黄土中水分入渗的规律。使用HYDRUS-1D软件建立土柱试验数值模型,使用控制变量法,逐一改变SWCC参数(VG模型参数)与边界条件以探究其各自对模拟结果的影响。模拟结果显示:入渗速率、特定时间节点的入渗深度与饱和渗透系数k_s成正比,与饱和含水率θ_s成反比,与VG模型参数α成反比,与VG模型参数n成正比,与残余含水率θ_r几乎没有关系,与入渗边界的水头高度呈正比。研究结果表明,饱和渗透系数k_s是非饱和渗流的重要影响因素,饱和渗透系数较大,代表土体更松散,导水能力更好。提高模型饱和含水率θ_s会使入渗速率下降,入渗深度变浅,这是因为提高饱和含水率影响了土体中初始水分的分布,水分在土体中形成的连续性通道变少。残余含水率与土体中自由水的运移无关,因而对土体中的水分渗流没有影响。SWCC参数α、m、n的大小与土体孔隙结构、颗粒组成有关,改变SWCC参数会使土的渗流特性发生改变。上部水头增大会使渗流加快,但在超出土体饱和渗流能力的情况下,增大上部边界水头对渗流影响很小。     

基于混合遗传算法和积水入渗实验反求土壤水力参数

土壤水力参数是土壤水分运动和溶质迁移模拟计算的基本参数,因此快速、省时、精确的确定土壤水力参数有重要意义.本文建立了积水入渗条件下土壤水力参数优化模型,采用遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值实验和土柱实验验证.数值实验结果表明采用混合遗传算法求解积水入渗条件下的土壤水力参数具有较高的精度,参数优化精度与待优化参数的个数和积水入渗实验测定项目有关,当待求参数为rθ,,αn3个时,积水入渗实验中只需测定含水率和累积入渗量二者或二者中的任意一个均可求出参数值;当待求参数为rθ,sθ,,αn4个和rθ,sθ,,αn,Ks5个时,积水入渗实验需要测定含水率或同时测定含水率和累积入渗量方可求出待求参数,而仅测定累积入渗量不能精确求出rθ、sθ的值.应用上述分析结果,进行了土柱积水入渗实验,结果表明该模型可以精确求解土壤水力参数.因此,本文建立的土壤水力参数优化模型是正确的,求解方法是合理的,这可为高效求解土壤水力参数提供一个有效途径.     

容重对砂土渗透系数的影响

为了探明容重对砂土渗透系数的影响,文章选用淮河蚌埠段4个不同容重的砂土,采用离心机法测定其土壤水分特征曲线,用定水头法测定饱和导水率,应用RETC软件中的van Genuchten模型进行拟合。结果表明:砂土饱和导水率与容重呈负线性相关,饱和含水率θ_s和参数α值与容重呈显著负相关,残余含水率θ_r和参数n值与容重呈正相关;吸力小于100 cm以内,不同容重砂土的渗透系数在急剧下降,吸力大于100 cm时,渗透系数随吸力变化不大,曲线呈平直状;当量孔径的累积百分比随容重增加而减小。该研究可为砂土入渗及蒸发数值计算提供支持。     

土水特征曲线形状对降雨条件下土质边坡稳定性的影响研究

土水特征曲线在土质边坡的饱和-非饱和渗流和稳定分析中起着举足轻重的作用。本文运用数值模拟的方法研究了V-G模型中a、n和θr等参数对降雨条件下土质边坡地下水位、孔隙水压力、体积含水率分布的影响,在渗流场计算分析的基础上采用Morgenstern-Price法对降雨条件下边坡的稳定性进行了分析,并从机理上解释了各参数对降雨条件下边坡稳定性的影响。结果表明,a值的增大会导致非饱和土边坡在降雨过程中安全系数的降低速率增大,在降雨结束后安全系数的回升速率增大,n值对边坡安全系数变化的影响主要受初始吸力控制,θr值的增大虽然会导致在降雨过程中安全系数的降低速率增大,但是降雨结束后安全系数回升到稳定的时间减小。     

基于HYDRUS-1D生物滞留设施模型的参数敏感性分析及率定

为验证HYDRUS-1D模拟生物滞留设施水文调控效应的可靠性,通过物模试验,采用修正Morris法对模型主要参数的敏感性进行分析筛选,结合模拟值和实测值对筛选后的参数进行率定验证。结果表明：径流总量、径流峰值及其各削减率输出结果的敏感参数不尽相同,其中降雨量（q）均为高敏感参数;利用变异系数法,判断参数的综合敏感程度,其主要敏感参数包括降雨量（q）,蓄水层高（H）,种植土层和填料层的饱和含水率（θs）、饱和导水率（Ks）和孔径分布参数（n）;验证期内模型模拟和物模实测结果的RMSE最高为0.131、RE均低于6.92%、NSE和R2均为0.9以上,匹配度高,模拟结果可靠,为利用HYDRUS-1D改进生物滞留设施规划设计方法提供理论支撑。     

陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线试验

为研究陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线,利用非饱和土三轴仪,研究初始干密度和净平均应力对非饱和黄土土水特征曲线的影响.结果表明:基质吸力相同时,试样的含水率随着净平均应力的增大而减小;初始干密度越大,试样减湿率越小,最终含水率越大.利用van Genuchten模型对试验数据拟合发现:残余体积含水率θ_r随着净平均应力的增大逐渐减小;拟合参数α和n随净平均应力的增大数值变化不是很大;初始干密度对土水特征曲线的影响主要表现在参数θ_r和参数α上,而参数n受其影响不大.     

不可动水对土壤污染物运移影响的数值实验研究

考虑对流、弥散、吸附／解析、微生物降解等因素，建立了土壤中污染物运移的两区平衡吸附动力学模型．在该模型基础上，针对不可动水对污染物运移的影响进行了分析，分析结果表明：即使在孔隙水流速、含水率及其它参数相同的情况下，不同的θim／θm值也会导致不同的穿透曲线；不可动水所占的比例较大时，即使保证了孔隙流速、输入浓度、弥散系数等参数相同，不同的含水率也会导致不同的穿透曲线，但θim／θm较小时，含水率的变化对浓度的变化几乎无影响．     

水力性质和降雨模式对黄土边坡变形规律的影响

服役期边坡破坏很大程度上取决于降雨与边坡土体性质。为明确土体水力特性和降雨模式的具体影响程度,以陕北地区降雨特征和抗滑桩边坡实例为背景,利用ABAQUS有限元软件建立地下水位深埋坡体降雨过程的数值计算模型。分析了Van Genuchten模型参数、饱和渗透系数、降雨强度、降雨类型与降雨持时对排水不同土质边坡位移场与渗流场的影响程度。研究结果表明:VG模型参数变化对排水不良土质边坡影响更显著。排水相同坡体最终变形量随VG模型参数a、参数n与饱和渗透系数k_s的降低而增高,随降雨强度与降雨持时的增大而增高。对于强降雨时排水不良土质边坡,外界渐强型降雨类型或者土体VG模型参数a与饱和渗透系数k_s较低时易发生失稳破坏,在滑坡灾害防治工作中应给予重视。