基于坡面径流输沙模型的湘中红壤丘陵区土壤有机碳流失模拟研究

坡面径流是泥沙和土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)流失的主要动力.本研究以典型湘中红壤丘陵区坡耕地(翻耕和免耕)为研究对象,通过野外径流小区模拟降雨试验,对已建立的以径流率为变量的对数线性回归坡面径流输沙模型进行修正,并结合泥沙中SOC的富集特性,建立湘中红壤丘陵区的坡面SOC流失模型.研究结果表明:坡面SOC流失模型能够有效地应用于湘中红壤丘陵区次降雨过程中坡面SOC流失的模拟中,且具有较好地模拟效果,SOC流失率模拟平均误差在30%左右,决定系数在0.85以上;同时模拟结果表明,泥沙和SOC流失过程在坡面径流侵蚀影响下呈现波动状态,表现为产流开始后10min泥沙和SOC流失呈增加趋势,其后在波动中逐渐趋于平稳;通过比较翻耕和免耕条件坡面径流输沙和SOC流失模型,结果显示侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失率大于免耕方式.非侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失状况与免耕方式一致.     

基于动态渗透的雨水塘下渗设计及运行方法

针对上海世博城市最佳实践区北区的不透水景观水塘下渗改造,开展了雨水滞留下渗现场试验研究.改造前的试验表明,雨水下渗速率与雨水塘-地下水水位差呈线性关系;在改造后的雨水塘内开展试验,进一步验证了该结论,并确定了动态下渗速率.因此,提高塘内动态水位促进雨水下渗,有助于实现园区17.6mm雨水径流在3d内被下渗利用,达到国际绿色社区认证体系(LEED-ND)的铂金认证要求.     

广西石漠化地区坡面土壤侵蚀规律研究

为了研究广西石漠化地区坡面土壤侵蚀中各影响因子的影响规律,通过自制大型降雨试验装置模拟坡面土壤在不同雨强、坡度和干容重条件下的土壤侵蚀现象。结果表明:边坡坡度在5°~25°范围内变化时,坡面土壤侵蚀量随坡度的增加趋势呈先慢后快,但当坡度超过25°时,土壤侵蚀量表现为减小趋势;雨强在0.5~2.0 mm/min范围内变化时,坡面土壤侵蚀量随雨强的增加呈近似指数关系增长,但当雨强不超过0.5 mm/min时,土壤侵蚀量基本可忽略不计,坡面土壤侵蚀量主要由2.0 mm/min的侵蚀性强降雨引起;干容重在0.9~1.2 g/cm3范围内变化时,土壤侵蚀量随干容重增长表现为线性减小关系;引起广西石漠化地区坡面土壤侵蚀的主要因子为雨强,其对土壤侵蚀量的影响明显高于干容重和坡度。因此,对广西石漠化地区坡面土壤侵蚀的防治,应着重控制侵蚀性强降雨、陡坡耕种等对坡面水土流失的影响。     

强降雨激励下松散岩堆路堑边坡稳定性分析

岩堆是我国西南高山峡谷区常见的不良地质体,其存在对高速公路边坡稳定性提出了严峻挑战。文章依托国家高速公路网规划中南北纵线G85高速公路工程,运用数值模拟的方法研究了深厚岩堆拉锚抗滑桩路堑边坡在自然、强降雨和地震状态下的稳定性,对比分析了岩堆体在自然状态、地震状态与强降雨条件下岩堆体边坡变形破坏特征及锚索轴力变化规律。计算结果表明,开挖对岩堆体变形有较大影响,岩堆体自然状态和暴雨状态下,在无任何加固措施时整体稳定性相对较低;增加抗滑桩和锚索加固后,安全系数均有所提高,潜在滑动面整体向下移至抗滑桩下部,加固作用效果显著。研究成果为岩堆路堑边坡工程设计与施工提供了参考依据。     

重庆市降雨空间模拟方法研究

基于重庆市气象站台的实测数据和DEM数据,首先利用空间自相关系数估计重庆市降雨量的全局空间自相关性;然后利用空间联系的局部指标估计降雨量的局部空间自相关情况;最后利用反距离加权法、克里金方法、样条函数和协克里金法这4种插值方法探讨重庆市降雨量的空间的分布;分析结果表明:重庆市的年降雨量空间分布具有较强的正相关性,局部空间自相关分析表明:重庆市不同地区降雨空间的依赖程度不同,协克里金插值法的插值结果较好,降雨量的模拟结果最佳。     

高速公路边坡水土流失机理与养护管理研究

对重庆市梁忠高速公路填方路基边坡土壤开展室内模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下坡面产流和产沙的规律;结果表明:在0. 6 mm/min、0. 9 mm/min、1. 2 mm/min降雨强度条件下,起始产流时间随坡度呈减小趋势,当土体坡度一定时,起始产流时间不断减小,地表径流强度随着降雨强度的增大而增大;当降雨强度一定时,土体的起始产流时间随土体坡度增大逐渐减小,从而反映出地表径流强度不断增大;降雨强度对土壤侵蚀的临界坡度有一定影响,但两者具体变化关系需进一步研究。另外,通过高速公路边坡水土流失机理进行了研究,展开了高速公路边坡水土流失主要诱因分析,提出了科学的高边坡的养护管理措施。     

地面和探空资料的EnKF同化对北京7·21极端暴雨模拟的影响

针对2012年7月21日北京极端暴雨的业务预报误差, 详细地考察地面和探空资料的EnKF同化对7·21极端暴雨总体时空分布和暴雨触发地面特征模拟的影响, 进而揭示预报误差的可能原因。结果表明, 资料同化显著地改善了北京地区降水时空分布的模拟结果, 证实了前人基于观测和敏感性分析提出的“低涡是北京7·21暴雨的关键影响系统”的判断, 揭示出低涡对应的地面低压东侧倒槽对北京7·21暴雨的直接贡献。研究结果显示, 业务数值模式对此次极端暴雨预报失败的主要原因可能是对低涡和低涡对应的地面低压东侧倒槽强度和位置有较大的预报误差。     

压实残积土降雨渗流特性与填土边坡排水设计研究

利用有限元数值分析研究降雨强度与持续时间对于福建地区压实残积土的影响,发现降雨强度变大或持续时间延长都能使压实残积土内的地下水位上升,局部区域孔隙水压力增大,渗流速率也发生变化,从而影响压实残积土的稳定性.证实了存在降雨临界持续时间,一旦降雨持续时间超过了临界持续时间,且降雨强度随其持续时间下降,地下水位线高度随降雨持续时间变长而降低,安全系数转而变大.探讨了设置水平排水设施的压实残积土在一定量降雨条件下的孔隙水压力、渗流速率、地下水位以及压实残积土稳定性的变化过程及其特点,发现水平排水设施的位置与数量对于排水效果的影响十分突出.     

城市化对2008年8月25日上海一次特大暴雨的影响

本文利用新一代中尺度数值天气模式Weather Research and Forecasting Model(v3.1.1,WRFV3)、日本气象厅20 km分析资料及自动站观测数据等模拟了2008年8月25日上海一次特大暴雨过程,并研究了城市化对这次暴雨过程的影响.研究结果表明:WRFV3模式能够较好地模拟出上海0825暴雨的主要分布特征,强降水中心以及暴雨随时间变化趋势;上海城市化使得这次暴雨过程在城市中心区域和迎风区降雨增强,城市背风区降雨减少;而城市化引起的陆面粗糙度等变化的动力作用对城市地区低层风场产生阻挡,使得城市迎风区垂直上升运动增强、水汽增多,是造成城市迎风区降雨增强的主要原因.     

降雨因素对土壤表面结皮发育的影响

为研究降雨因素在土壤表面结皮发育过程中的作用,结合物理模型实验方法和基于物理概念的水文响应数值模拟,以土壤表面的饱和水力传导系数Ks值作为评价指标,研究分析了雨强和累积降雨量两个降雨因素对结皮发育程度的影响。结果显示:Ks值随累积降雨量的增加而减小,且在累积降雨量较小时,Ks的减小速度更快,约为后期速度的23倍;最终累积降雨量近似的情况下,雨强较大时Ks更容易达到一稳定值;在降雨过程中,雨强与Ks的关系前后不一致。研究结果表明:降雨过程中结皮发育是个复杂的动态变化过程。