不同雨强下土壤大孔隙对坡面流水动力学参数的影响

以室内试验槽为平台,利用人工模拟降雨试验,定量分析了坡度为5°时,在30mm/h,60mm/h和120mm/h降雨强度下,有大孔隙试验槽和无大孔隙试验槽坡面流的水动力学参数的异同点.结果表明,各场次降雨的两坡面流的流态均为层流,除降雨强度为30mm/h时,无大孔隙坡面的坡面流为急流外,其他场次的水流均为缓流;在同一降雨强度下,相对于无大孔隙坡面,有大孔隙坡面的坡面流流速、单宽流量、弗劳德数和雷诺数较小,径流深、径流切应力、水流运动阻力以及坡面糙率较大;随着降雨强度的增大,两坡面的径流深和单宽流量增加,坡面流流速、径流切应力和雷诺数均增大,阻力系数和曼宁糙率均呈现先增大后减小的趋势,弗劳德数则呈现先减小后增大的趋势.     

边界层对粗糙单裂隙溶质运移影响试验

为探究非费克(non-Fickian)运移表现出的峰值提前到达和拖尾等现象,开展了粗糙单裂隙溶质运移试验,总结了粗糙单裂隙中溶质运移特征及运移机理,结合边界层理论对峰值提前到达和拖尾现象进行了分析和解释。结果表明：峰值时间和拖尾时间与边界层厚度之间存在较好的线性相关关系;边界层对裂隙介质溶质运移有较为显著影响,即水流速度越小,边界层厚度越大,滞留在边界层内部的溶质越多,溶质获取率越低;粗糙单裂隙中溶质穿透曲线的峰值提前和拖尾现象是由裂隙中心处以惯性力主导的主流区和裂隙壁面以黏性力主导的边界层区共同作用造成的,其中峰值时间主要由主流区的对流因素控制,而边界层区域的存在对拖尾时间影响较大。     

不同植被配置对坡面土壤侵蚀的影响

根据人工模拟降雨试验,在不同植被配置的坡面上,研究了黄土丘陵区坡面不同植被配置对入渗、产流产沙的影响。结果表明,在小雨强下,不同植被配置的稳渗率大小差别较大;随着雨强的增大,不同植被配置的稳渗率大小差别变小。不同雨强下,5种不同植被配置的坡面基本上都在5min内达到稳渗。不同植被配置坡面流含沙量均呈缓慢下降趋势。并且在小雨强下,不同植被配置坡面径流含沙量的下降趋势较为平缓;在大雨强下,累积产沙量曲线的斜率也越大。     

溶质运移试验中有色示踪剂高锰酸钾和亮蓝适用性的对比

通过试验确定了标准砂中常用有色示踪剂高锰酸钾吸附类型.通过数字成像方法监测了静水条件下标准砂中高锰酸钾和亮蓝的吸附过程,并对数字图像进行了高斯模板处理.利用该处理结果对吸附过程进行了对比,同时还对比了相同浓度高锰酸钾溶液在静止和流动条件下被砂粒吸附的状况.根据对比结果确定了2种常用有色示踪剂对溶质运移试验的适用性.结果表明:高锰酸钾的吸附虽为线性吸附,但和新型示踪剂亮蓝相比,达到吸附稳定所需的时间过长,在低速水流条件下更为明显;对于需考虑吸附影响的运移试验,高锰酸钾并不适用,而亮蓝的使用则能加速试验进程.     

土柱溶质运移试验的理论验证及影响因素敏感性分析

交通运输过程中产生的路面径流污染有可能对路线周边环境造成不利影响.对污染物在公路周边土体中的溶质运移规律进行探讨具有重要的理论价值和工程意义.本研究基于土柱溶质运移试验成果,引入实测的边界浓度曲线,采用一维数值计算程序Hydrus-1D,对土柱出口处溶质浓度在试验过程中的变化规律、典型时刻溶质浓度沿土柱的分布规律等进行...     

渗透系数空间变异性对低渗透地层中地下水溶质运移的影响

以天津市北大港水库为例,通过野外勘探、现场取样、室内试验、数值模拟等方法,研究水库库底地层渗透系数空间变异性对地下水溶质运移的影响。结果表明:北大港水库库底地层渗透系数较小,且呈现出较强的空间变异性;地下水流通量随地层渗透系数空间变异程度的增加而增大,渗透系数均值对水流通量的影响大于其标准差;渗透系数均值越大,在地下水流的抑制作用下,溶质运移程度越弱,而渗透系数空间变异性越强,地下水流的抑制作用相对越弱,溶质运移程度越强。     

坡长对红壤侵蚀影响人工降雨模拟研究

为解决南方红壤丘陵区裸坡面水土流失问题,该文采用人工模拟降雨(雨强30—150mm/h)结合试验土槽等方法(坡长分别为1、2、3、4、5m,坡度20°),研究了不同雨强下坡长对红壤侵蚀的影响,并初步探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明,产沙量随坡长的延长呈增大趋势,二者的关系可用幂函数(R20.80)表示,雨强越大,产沙量增速越快,增量越大.坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,初步建议在南方红壤丘陵区裸坡面可每隔4—6m设置水土保持措施,有效缓解坡面水土流失.坡面侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(R2=0.99),60mm/h左右是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,雨强对裸坡面侵蚀产沙量的影响较坡长大.该研究为南方红壤丘陵区裸坡面水土流失治理提供一定的理论依据.     

四川紫色土地区不同植被模式下坡面侵蚀研究

不同的植被模式是影响水土流失的重要因素．本文以四川紫色土地区的李子口流域为观测基地,通过对不同植被模式下径流观测小区的径流量、土壤冲刷量的观测分析,说明了不同植被模式下的农耕坡地、自然林地在相同的自然条件下,土壤流失量存在着较大的区别,以期为紫色土地区的水土流失预防和治理提供科学依据．     

变弥散系数和对流速度下有机溶质在多孔介质中一维运移的解析解

为研究变弥散系数和对流速度对有机溶质在多孔介质中运移规律的影响,考虑有机溶质的降解作用,设定多孔介质的厚度为有限厚度,建立变弥散系数和对流速度下有机溶质一维运移的数学模型,并利用变量代换和分离变量法获得该数学模型的解析解。将本文所提解析解分别与试验测定结果、已有解析解和有限差分解进行对比分析,对所提解析解的正确性进行验证。基于所提解析解,分析非均质特性系数δ、降解半衰期t_1/2和Robin边界常数α对有机溶质一维运移过程的影响。研究结果表明：一方面,非均质特性系数δ的增大会在一定程度上加快有机溶质的一维运移过程;另一方面,δ增大使得运移后期有机溶质的质量浓度减小;有机溶质质量浓度随降解半衰期t1/2增大而增大,当t1/2不超过800 a时,应考虑有机溶质的降解作用;Robin边界常数α主要影响出流边界附近有机溶质质量浓度的变化;在两种不同入流边界条件下,出流边界附近的有机溶质的质量浓度均随α增大而减小。     

降雨条件下不同类型植被边坡稳定性的研究

降雨对植被边坡稳定性的影响是目前生态护坡领域研究的热门话题。基于Midas GTS/NX软件,结合张家口地区某边坡工程背景并选取当地常见的护坡植被,针对裸露边坡、高羊茅(Festuca arundinacea)植被边坡、小叶黄杨(Buxus microphylla)植被边坡以及高羊茅-小叶黄杨混合植被边坡4种工况,对降雨条件下边坡内部土体孔隙水压力随时间的变化以及边坡稳定性的大小进行对比分析。结果表明：在相同的降雨强度和降雨时长条件下,3种植被边坡的入渗速率均小于裸露边坡,植被边坡相对于裸露边坡有着更好的持水能力。在4种不同类型的植被边坡中,高羊茅植被边坡孔隙水压力增幅最小,位于坡顶、坡面、坡底的土体仍然维持了部分基质吸力,高羊茅植被减小了降雨的影响深度。降雨结束后,高羊茅植被边坡较其他植被边坡安全系数最大,高羊茅植被增加了边坡土体的有效应力,更能有效地提升边坡的稳定性。上述研究旨在为降雨对植被边坡的影响提供参考,为半干旱地区的植被护坡技术提供指导。     

模拟降雨条件下坡面径流、泥沙与磷素质量浓度变化特征

利用室内人工模拟降雨试验,研究不同坡度、不同降雨强度下径流小区的径流、泥沙与磷肥输出特征间的关系.研究结果表明:在不同的降雨强度下,径流中磷素质量浓度随时间递减,而泥沙中磷素质量浓度随时间递增,且雨强越大,磷素质量浓度越大;在不同的坡度下,径流中磷素质量浓度随着坡度增大而增大,在20°与25°之间存在转折点,泥沙中磷素质量浓度随坡度增大而增加的规律十分明显,这与径流中磷素随时间变化情况恰好相反.     

不同降雨强度下滑坡表面冲蚀体积试验

在山区,降雨导致的土壤冲蚀是产生堆积物、改变地貌地形的主要因素。其过程复杂并且受如降雨强度、地表粗糙度等多种因素影响。为研究不同降雨强度条件下降雨对滑坡表面冲蚀的体积指标特性,采用实验室模拟降雨试验平台进行实验,Golden Surfer软件直接读取堆积体体积、3D模拟模型研究降雨与输出数量关系等方法,再现了以体积量直接输出的堆积物与降雨之间的关系。结果表明:降雨过程中,坡体深部土壤体积含水率变化较小,浅层土壤孔隙水压与含水率变化较大;降雨初期,降雨入渗有效提高表层孔隙水压力,地表径流小,带沙能力弱;随降雨时间增加,地表径流强度增加是提高水流冲刷力的主要因素,累计冲蚀堆积体体积随降雨强度增加而增大,但是增速减小,其主要原因是降雨后期,地表形成冲刷沟壑,累计冲蚀堆积体体积受地表粗糙程度限制;通过对降雨时间、降雨强度以及冲蚀堆积体体积进行三维拟合,发现三者幂函数曲线的拟合较好。     

柔性淹没植被的排列方式对水流特性的影响

采用塑料草模拟河道中的柔性淹没植被,通过室内高精度水槽试验,用三维声学多普勒流速仪对同种淹没度、不同排列方式下柔性淹没植被的水流特性进行测量研究,得到柔性淹没植被时均纵向流速、垂向紊动强度、雷诺应力沿相对水深的分布特征.结果表明:在植被层外部,两种排列方式下时均纵向流速符合"J"形分布,垂向紊动强度、雷诺应力呈递增趋势,近似线性分布;在植被层内部,梅花形排列方式下阻水效应及雷诺应力较之矩形排列明显,矩形排列方式下垂向紊动强度较之梅花形排列剧烈.     

Modeling on runoff concentration caused by rainfall on hillslopes and application in Maoping slope

Based on the fact that the concentration flowlines of overland flow depend on the surface landform of hillslope, a kinematic wave model was developed for simulating runoff generation and flow concentration caused by rainfall on hillslopes. The model-simulated results agree well with the experimental observations. Applying the model to the practical case of Maoping slope, we obtained the characteristics of runoff generation and infiltration on the slope. Especially, the simulated results adequately reflected the confluent pattern of surface runoff, which offers a scientific foundation for designing the drainage engineering on the Maoping slope.     

不同土地利用格局对降雨径流污染影响研究

当点源污染得到有效控制时,非点源污染就成为影响地表水质的主要因素之一.以杭州市地形图和谷歌地图为基础,借助AutoCAD和湘源控规5.0软件,绘制出杭州市7个典型控规单元的土地利用现状图,通过SPSS软件分析了单元内部土地利用格局指标对道路降雨径流污染物的影响.研究表明:非交通性道路公交车站点密度和非交通性道路网密度的提高,对于改善道路径流起到决定性的作用;合理的土地利用结构,能够有效抑制机动化出行并起到改善道路径流水质的作用.最后,对于减少城市非点源污染,提出防治城市道路非点源污染的相关建议.     

城市典型下垫面降雨产汇流特性模拟实验研究

采用人工降雨-下垫面系统,对雨强、坡度和降雨动能等因素,在水泥、道路砖、透水砖和草地4种城市典型下垫面上进行了降雨产汇流的实验研究.研究表明,4种下垫面的出口断面的流量过程线由汇流、稳定和退水三个阶段组成.其中雨强是影响流量过程线的主要因素,雨强越大,同一下垫面的越早产流,汇流越短,退水需要更长的时间,流量峰值越早出现并且峰值显著增大;下垫面的坡度主要影响汇流过程和退水过程的长短,坡度越大,汇流和退水过程越短且过程线越陡峭,流量峰值出现的越早,但对流量峰值影响不明显;降雨动能对下垫面的击溅作用强烈,会影响到下垫面污染物的冲刷特性,但对降雨的流量过程线、峰值和径流总量的影响有限.     

Changes in overland flow and sediment during simulated rainfall events on cropland in hilly areas of the Sichuan Basin, China

Water and soil loss are the major causes of the land degradation in the hilly area of the Sichuan Basin, China, where purple soil (FAO, Calcaric Regosols) is widely distributed. Little research has been conducted on changes in overland flow and sediment during rain events on sloping cropland in this area. In this study, 45 artificial rainfall events were applied to five runoff plots with slopes of 9%, 18%, 27%, 36%, and 47%, respectively. Results showed that erosion processes on purple soil of sloping cropland are complex, because the sediment concentration changes with time under different situations. According to correlations between runoff discharge and sediment concentration, all erosion events were classified into three types: (1) positive correlation; (2) negative correlation; and (3) no correlation. Positive correlations were dominant, accounting for 60% of all events. Rainfall intensity, slope gradient, and tillage treatment were the main factors that influenced erosion events.     

非等温条件下土体固结变形及溶质运移规律分析

为探究非等温条件下黏土垫层固结变形及溶质运移规律,将综合考虑力学固结、化学-渗透固结及热固结影响的热-水-力-化(THMC)全耦合模型与水-力-化(HMC)耦合模型进行对比分析,研究了温度差对孔隙水压力、土体变形及溶质运移进程的影响.结果 表明,垫层上下边界温度差可加快负孔隙水压力消散,增大土体沉降峰值及回弹量,提高溶质运移速率.随着黏土垫层上下边界温度差的增加,温度差对孔隙水压力、土体变形及溶质运移进程的影响程度进一步加大.当模拟时间为50 a,温度差为40℃时,与HMC模型相比,THMC模型所对应的负孔隙水压力峰值减小42％,土体沉降回弹量扩大5.4倍,溶质击穿时间缩短11.4 a.该研究可为填埋场防渗垫层设计及服役性能评估提供参考.     

屋顶绿化单体基质材料对降雨径流氮磷特征的影响

【目的】随着城市建设的发展,屋顶绿化成为拓展空间绿化的重要形式,但其径流氮磷浓度一直备受争议,选择对降雨径流氮磷浓度影响较小的单体基质材料是普及屋顶绿化需解决的关键技术问题。【方法】选用6种单体基质材料作为研究对象,比较其理化性质,并通过模拟降雨试验研究不同基质降雨径流氮磷浓度特征。【结果】泥炭土延迟产流能力最佳,椰糠与泥炭土径流削减率最高,分别为25.97%、23.44%; 有机基质降雨径流氮磷浓度趋势类似,发现初期冲刷效应,稻壳炭径流氮磷浓度初期冲刷效应最为严重,椰糠次之,泥炭土最弱; 蛭石对降雨中氨氮具有较好吸附作用,初期浓度削减率达到46%; 蛭石、陶粒对降雨中总磷具有较好吸附作用; 有机基质中稻壳炭降雨径流氮磷污染负荷最高,总氮、氨氮和硝态氮污染负荷分别达256.18、98.90、157.29 mg/m²。【结论】不同单体基质材料对降雨径流氮磷浓度影响差异较大,从径流水量与径流水质(氮磷浓度)来看,建议采用椰糠、泥炭土、珍珠岩、蛭石作为上海市屋顶绿化配方基质材料,即上海市供选择的污染负荷较低的“环境友好型”屋顶绿化基质材料。