考虑空间变异性的统计产流模型研究

针对控制产流过程的降雨等主要因素在空间分布不均匀的特征,提出了考虑空间变异性的统计产流模型．引入一个新的概率密度函数描述每个时段降雨的空间变化,采用土壤下渗容量曲线描述流域土壤下渗能力的空间变化,利用土壤水蓄水容量曲线表征土壤蓄水容量空间分布不均匀性．采用超渗产流模式根据降雨与下渗能力的联合概率分布计算地表径流的空间统计分布,通过推导得到计算地表产流量的准解析表达式;采用蓄满产流模式根据下渗与土壤蓄水容量曲线计算地下径流．选用黄河支流伊河东湾流域的资料对模型进行了验证,并将其结果与新安江模型产流结果进行对比,表明模型在该半湿润地区具有一定的适用性．     

渭-库绿洲土壤盐渍化时空变化特征研究

在特定的时间和空间尺度上,某一区域的土地退化（如盐渍化等）及演变必然会导致该区域范围内土壤特性的空间变异性。本文运用RS／GIS技术,采用相关分析、传统统计学和地统计学相结合的方法,分析渭一库绿洲土壤含盐量、矿化度、电导率、含水率、PH值、八大离子等土壤特性的时空变异情况,揭示其绿洲土壤特性的时空变异规律及相互之间的关系,以便更准确地了解土壤特性时空变异和区域生态环境之间的关系。     

地统计学在土壤科学中的应用

地统计学目前在土壤科学中得到广泛的应用和发展,利用地统计学探索土壤特性的空间分布特征及其变异规律,已经成为认识土壤特征的一个重要工具.在对地统计学的基本原理及地统计学在土壤物理特性、土壤养分、土壤盐分、土壤重金属等土壤特性空间变异研究中的应用进行研究总结的基础上,对存在的问题及发展趋势提出了一些看法.     

降雨对秸秆还田玉米地土壤水分空间变异性的影响

基于TDR测量的黑土区玉米地土壤水分,应用多重分形等理论研究土壤水分空间变异特征对降雨的响应.结果表明:降雨前后土壤水分均为中等变异;相对于降雨前,降雨后不同土层土壤水分空间相关范围、空间相关程度和空间变异程度随时间的变化特征有所差异;降雨前后0～20cm土层空间变异性主要由其低值造成,其他土层主要由其高值引起;降雨前与降雨后第一天土壤水分的多尺度相关程度,小于与降雨后第二天的多尺度相关程度;与降雨前土壤水分空间相关范围、空间相关程度、空间变异程度及相邻土层土壤水分多尺度相关程度随土层深度增加的变化特征相比,除降雨后第一天空间变异程度、第二天空间相关范围的变化特征与降雨前不同外,降雨后第一天和第二天其他上述特征参数的变化特征与降雨前相同.     

不同降雨条件下高边坡的稳定性分析

为了研究不同降雨强度下雨水入渗对加固前后边坡的稳定性。以山西省吕梁市离石区某矿区边坡为例,通过PLAXIS有限元软件对该边坡进行渗流与应力耦合计算,根据该地记录的降雨量,分析了不同降雨强度下边坡孔隙水压力的变化规律,边坡的破坏趋势,预应力锚杆内力变化以及边坡安全系数的变化。研究表明：降雨强度越大,边坡的负孔隙水压力消散的速度越快,雨水入渗速度越快,且在相同计算时间内入渗深度也越深;边坡发生的破坏形式在降雨阶段往往浅层滑动,降雨结束后,雨水继续下渗,边坡的潜在滑动面逐渐过渡为深层滑动;在相同降雨条件下,各级边坡锚杆内力增量都会大幅提升,且越靠近下级边坡的预应力锚杆内力增量越大;增加预应力锚杆加固边坡可有效提高边坡的稳定性且减小降雨对边坡稳定性的影响。     

格林-安普特降雨径流模型改进及初步应用

将基于土壤及降雨资料计算得出的具有物理基础的下渗能力分布曲线引入格林-安普特降雨径流模型,选择中国和美国2个半干旱流域作为研究区域,将改进后的格林-安普特模型与原模型及新安江模型进行模拟对比,研究改进后模型的应用效果及其在半干旱地区的适用性。结果表明:在2个半干旱流域,改进格林-安普特模型模拟结果均好于原始格林-安普特模型及新安江模型;增加的具有物理基础的下渗能力分布曲线能够更好地反映流域内各位置下渗能力随降雨和时间变化的特点,更加精确地计算出流域内下渗量及产流量;半干旱地区洪水多由短时强降雨引起,产流主要以超渗地面径流为主,降雨观测精度和降雨强度对模型模拟精度影响较大;改进格林-安普特降雨径流模型能够在半干旱地区洪水预报中发挥作用。     

土壤空间变异性研究方法

从研究方法和内容上对土壤水分空间变异性的研究做了阐述,研究了方法主要有传统的统计方法,时间序列分析方法,地统计学方法,随机模拟方法,分数维方法以及应用地理信息系统研究空间变异的方法,探讨了土壤特性空间变异性的发展及不足。     

土地利用对流域降雨-径流关系的影响 ——SCS模型在深圳市的应用

以深圳市为例,应用SCS流域水文模型对该市部分流域进行降雨-径流过程的模拟,分析了土地利用变化对流域降雨-径流关系的影响.结果表明,随着人类活动的加剧,土地利用的变化使径流量趋于增大;降雨强度越大,前期土壤湿润程度越大,土地利用变化对径流量的影响就越小.降雨-径流的空间分布随土地利用类型、土壤类型、前期土壤湿润程度而发生变化,CN值的高值区主要集中在城市用地和水体,低值区主要出现在林地、灌草地、果园等海拔相对较高的地区.     

土地利用对流域除雨—径流关系的影响——SCS模型在深圳市的应用

以深圳市为例,应用SCS流域水文模型对该市部分流域进行降雨－径流过程的模拟,分析了土地利用变化对流域降雨－径流关系的影响,结果表明,随着人类活动的加剧,土地利用的变化使径流量趋于增大;降雨强度越大,前期土壤湿润程度越大,土地利用变化对径流量的影响就越小,降雨－径流的空间分布随土地利用类型、土壤类型、前期土壤湿润程度而发生变化,CN值的高值区主要集中在城市用地和水体,低值区主要出现的林地、灌草地、果园等海拔相对较高的地区。     

海绵城市不同用地类型土壤渗透能力 ——以厦门市海沧马銮湾试点区为例

以国家首批海绵城市建设16个试点城市之一厦门市海沧区马銮湾试点区为例,结合片区现状,采用双环入渗法测定土壤下渗率,并结合土壤容重、含水率、粒径分布等土壤特性,分析不同地块、不同用地类型的40个检测点土壤渗透能力. 利用Horton下渗模型,确定土壤渗透系数,指导试点区选择适宜的低影响开发（LID）技术. 结果表明,试点区居住小区、工业区和城中村土壤渗透能力普遍较强,农林用地次之,公共设施用地最差. 对试点区4个点位2种用地类型（公共设施用地和工业区）的2种LID设施（雨水花园和生物滞留设施）效果分析显示,雨水花园适合修建于学校、停车场等面积较大地区;生物滞留设施适合应用在道路和居住小区绿化带等面积较小、坡度较小的地区. 土壤特性和土壤下渗率可单独作为土壤渗透能力的评判依据.     

基于大型物理模型试验的强降雨诱发全风化花岗岩滑坡失稳分析

随着极端天气的增多,极端强降雨诱发滑坡对人民生命财产安全造成重大威胁。以典型强烈风化花岗岩地区青岛崂山的7.23返岭前滑坡为实例,基于相似准则,采用大型滑坡模型试验箱,开展了3组不同极端降雨条件下的室内模型试验,分析了不同降雨强度条件下边坡对降雨入渗的响应规律、边坡变形过程与破坏模式,总结了强烈风化地区极端降雨诱发花岗岩类滑坡的诱发机理与降雨成灾过程。结果表明：(1)降雨诱发全风化花岗岩滑坡经历了浸润侵蚀、表层变形、破坏加深和整体失稳4个阶段,坡体呈现“片状溜滑”特征;(2)降雨强度越大,降雨入渗速率越高,土压力、孔隙水压力和含水率变化越快,滞后效应越弱;(3)坡体变形破坏与降雨入渗具有一定的空间分布规律,研究成果可为强烈风化花岗岩地区的滑坡预警与治理提供参考。     

降雨入渗条件下土壤水同位素变化实验

 通过输入比初始土壤水富集轻同位素且同位素组成稳定的降雨进行室内降雨入渗实验,研究土壤水氢氧同位素在土壤中变化情况。实验结果表明,降雨在入渗过程中,降雨同位素与初始土壤水同位素发生混合稀释,出流同位素组成随时间减小,最后趋于稳定,接近降雨同位素组成;出流氢氧同位素关系线斜率由以初始土壤水和降雨同位素组成为端点的混合线斜率决定;通过曲线拟合出流同位素随时间的变化函数关系,确定其传递函数分布为指数-活塞流模型分布,且氢同位素和氧同位素的传递函数相同。     

地震和降雨条件下黄土高填方边坡稳定性分析

针对地震和降雨会影响黄土高填方边坡稳定性的问题,采用地震动力计算、完全流固耦合计算和强度折减计算,对正在使用的黄土高填方边坡进行分析,并对边坡土体位移时程、加速度功率频谱、吸力、有效应力和最小安全性系数进行分析,研究地震和降雨入渗条件对正在使用的黄土高填方边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用对黄土高填方边坡表层土体作用大于填方基底土体作用;降雨入渗对边坡土体的影响范围为表层土体和浅层土体;降雨入渗使得边坡表层土体的吸力和有效应力减小,而使浅层土体局部吸力增大;降雨过程中边坡表层土体有效应力减小,浅层土体有效应力先增加后逐渐减小;地震后降雨入渗引起边坡最危险滑移面区域发生改变,降雨速率和降雨持续时间均对最小安全性系数有影响,降雨结束后边坡最小安全性系数降低.该研究为三维条件下地震和降雨入渗对正在使用的黄土高填方边坡稳定性研究提供参考.     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

中国降水场的时空分布变化

 分析了全国160个气象观测站51a(1951-03～2002-02)的月季降水量距平场的时空分布变化规律得出:我国降水空间分布的主要类型是南北分布;统计降水量的时间尺度越大,则降水量的空间分布尺度也越大;冬季降水的空间分布尺度比夏季大;夏季降水空间分布的年际变化比冬季大;春、夏季的降水空间分布变化具有较为显著的正相关关系;春季降水空间分布具有2.4～3.0a的显著周期存在,冬季降水空间分布也具有2.3～2.8a的显著周期存在.     

降雨对花岗岩残积土边坡孔压及稳定性影响

针对一个花岗岩残积土边坡的简化模型,基于非饱和渗流理论和Bishop条分法,利用Geo-Studio软件,对4种不同降雨模式下的边坡孔隙水压力和稳定安全系数进行计算与分析,得到主要结论:(1)降雨入渗对花岗岩残积土边坡的中上部有较显著的不利影响;(2)不同降雨模式对花岗岩残积土边坡的影响时效差异较大,前峰型和均布型、中峰型、后峰型降雨的最不利影响时刻分别在降雨后1.0~1.5d、1.5~2.0d、2.5~3.5d;(3)降雨入渗引起的花岗岩残积土边坡失稳形式,极可能是从坡体中部诱发的浅层滑坡。     

降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.     

非饱和均质砂土边坡降雨入渗和稳定性分析

为了研究降雨入渗诱发滑坡的机制,通过选取典型的土性参数,利用有限元法使用软件SEEP/W对均质砂土边坡进行饱和一非饱和渗流分析,模拟边坡降雨入渗的全过程,得到降雨入渗过程的入渗量、浸润深度和含水率的瞬态分布,再利用Bishop法使用软件SLOPE/W进行边坡稳定性分析,搜索并计算最危险滑动面,得到该类型边坡的瞬态安全系数.     

基于RUSLE模型的喀斯特峰丛洼地土壤侵蚀及其养分流失评估

以中国南方典型喀斯特峰丛洼地为研究对象,基于GIS技术和RUSLE模型,对喀斯特峰丛洼地的土壤侵蚀空间变化特征进行了分析。探讨了峰丛洼地土壤侵蚀与土壤养分流失之间的关系,揭示了该地区不同土壤养分流失之间的空间变化差异。结果表明:2015年研究区土壤侵蚀总量为1 950.21×10~4 t·a~(-1),占研究区国土面积的76.75%。土壤侵蚀空间分布整体上呈现出南北两侧向西中部变化的条带状的空间分布特征。因土壤侵蚀引起的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)等养分流失总量为57.76×10~4 t·a~(-1),其中SOC、TN、TP和TK的平均流失量分别为38.13、1.18、0.16和6.00 t·km~(-2)·a~(-1)。研究区土壤侵蚀的空间变化整体上是随侵蚀等级增加,侵蚀面积和侵蚀量逐渐减少而平均侵蚀模数增加的过程,土壤侵蚀的空间分布差异决定了土壤养分流失空间分布差异。