非饱和带溶质运移问题的有限元解法

ＳＵＰＧ有限元法应用于土体的非饱和溶质运移问题,导出了其数值表达式,编制了计算程序。以一维入渗问题为例进行了数值计算,与其他方法及野外试验结果进行了对比,表明该方法是正确的、稳定的,可用于非饱和带溶质运移问题的实际计算。     

"岩土二元结构"小流域降雨入渗补给地下裂隙潜流过程初步研究

采用翻斗法自动量水技术和时域反射仪,对"岩土二元结构"小流域降雨过程、流域出口地下裂隙潜流、以及坡地岩土水分的变化进行了测定与分析.结果显示,小流域在前期坡地岩土水分为27.28%(埋深100 cm范围内)的前提下,发生历时122.66h,降雨量193.75mm,平均降雨强度1.58 mm/h的暴雨,在小流域出口处未产生地表径流;但是,地下裂隙潜流对降雨有着明显的响应,起峰和回落过程均较为明显,最大峰值流量达到1370 L/h,是降雨前的21.7倍.这充分说明,小流域坡地特有的岩土二元结构体,特别是其下部风化裂隙岩体具有较强的储、透水性能.太行山片麻岩区坡地"岩土二元结构体"的存在,特别是下部风化裂隙岩体的存在,对缓解洪峰的形成,削减洪峰,降低洪灾具有重要作用.     

干热河谷不同岩土组成坡地的降水入渗与林木生长

坡地对降水的入渗能力是决定干热河谷坡地土壤水分条件和林木生长的重要因素, 坡地入渗能力低是造成干热河谷土壤干旱的主要原因之一. 由于岩土孔隙状况的差异, 不同岩土组成坡地的入渗能力差异较大. 片岩坡地入渗速率为1.40～8.67 mm/min, 砂砾层坡地为6.33 mm/min, 砾石层坡地为0.69～2.20 mm/min, 轻度侵蚀泥岩坡地为0.6～1.3 mm/min, 强度侵蚀泥岩坡地为0.03～0.63 mm/min. 泥岩坡地土体黏重板结, 入渗能力弱, 天然降水入渗少, 对土壤水分的有效补充较少. 在干旱季节土体极其干旱, 林木生长停止, 甚至受到干旱的生理伤害枯死, 林分生产力低, 极难恢复森林植被. 片岩坡地、砾石层坡地、砂砾层坡地等石质山地土体裂隙发育, 入渗能力强, 天然降水入渗多, 对土体水分的有效补充较多, 在干旱季节岩土深层有少量有效储水供林木吸收利用, 维持其正常生理活动的水分需要, 林木生长较泥岩坡地上的林木生长快, 林分生产力高. 干热河谷的植被恢复应针对不同坡地类型生境的土壤水分条件, 主要依靠优势生活型植物种类, 进行乔-灌-草不同生活型植物类型的合理配置, 建立起植被与生境土壤水分条件的群落生态关系, 方能达到成功的目的. 另一方面, 增加降水入渗的造林整地措施和集流入渗的工程措施是干热河谷植被恢复的主要技术关键之一.     

土壤地下点源入渗的基本特性研究

基于大量的大田土壤点源入渗试验，提出了地下点源入渗系统的新理念——管道-土壤系统，分析了地下点源入渗中累积入渗量与入渗率随时间的变化过程及入渗界面问题，建立了地下点源土壤入渗模型，并利用数理统计理论证明了该模型的有效性。研究成果对研究土壤水分运动理论和指导农业地下灌溉实践都具有重要的意义。     

垃圾渗滤液特点与处理技术比较

分析了垃圾填埋场渗滤液的特点，对近年来关于渗滤液处理技术研究开发的进展和应用情况进行了综述，并结合国内外的工程实例对各种处理工艺进行了分析与比较，指出了目前各类处理工艺的优缺点，针对渗滤液处理中存在的问题探讨了可能解决的途径。     

城市土壤的生态服务功能演变与城市生态环境保护

城市化是急剧的土地利用变化过程。在城市化过程中，土壤的服务功能经历明显的转变，即从维系植物生长的功能为主转变为滞留、转化和净化污染的功能为主，因此，城市土壤在城市生态系统中承担着重要的生态服务功能并起着保护城市环境的作用。城市土壤在功能转变的过程中，土壤质量也发生重要的转变，这些变化包括物理的、化学的和生物学的等方面。巨大的人为影响致使城市土壤的退化比较明显。物理退化方面主要体现在由于压实导致容重增加、水分入渗速率降低，从而使降雨时地表径流系数增加、非点源污染负荷升高，对城市水体污染产生明显的影响；化学退化方面主要体现在土壤中的有机和无机污染物含量显著增加，这一方面使土壤对生物健康直接影响的可能性增加，另一方面使土壤的吸附容量接近饱和丽导致污染物的移动性提高，从而具有较高的释放潜力。城市生态系统中物质循环过程不闭合的特点，决定了城市土壤是养分和污染物末端固定者，因而城市土壤是一个人为的某些元素的地球化学“垒”(barrier)。建设健康的城市生态环境需要闭合开放状态的物质循环链条，这必然需要科学的城市土壤管理策略。     

基于降雨入渗试验的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗是黄土地区边坡失稳破坏的最主要诱发因素,选取陕西关中地区典型黄土边坡为研究对象进行人工降雨试验,分析了黄土边坡降雨入渗规律及边坡破坏机理,并采用有限元软件对降雨入渗作用下孔隙水压力、最大剪应力以及稳定性进行了数值模拟.试验结果表明,边坡土体的渗透系数与孔隙水压力呈指数函数关系,边坡土体的含水率与孔隙水压力呈移动平均函数关系,坡体垂直入渗深度比水平入渗深度要高,且入渗速率也存在差异.同时,边坡稳定性数值分析表明,随着降雨历时增长,坡体安全系数逐渐降低直至发生失稳.     

基于正态分布概率模型的渗滤液回灌影响分析

渗滤液回灌能有效加速填埋场的稳定并处理多余的渗滤液, 而预测回灌过程中渗滤液的运移规律对于合理设置回灌井的间距和数量具有重要的意义. 考虑了垃圾体的非均质性, 建立了垃圾体的渗透系数随空间正态分布变化的概率模型. 利用 COMSOL Multiphysics^® 软件, 首先对单孔隙度的横纵向均质模型和正态分布模型的 渗透系数以及压力水头进行了比较, 其次研究了在横纵向渗透系数比值、回灌速率和回灌时间等不同 影响因素下, 均质模型和正态分布模型的含水率以及横向影响范围的变化规律. 结果表明, 随着横纵向渗透系数比值的增加, 最终在 100 d 时: 均质模型的含水率由 0.609 增加到 0.68, 横向影响范围从4.842 m 增加到 6.79 m; 正态分布模型的含水率由 0.573 增加到 0.610, 横向影响范围从4.097 m 变为 4.04 m. 这说明横纵向渗透系数比值对正态分布模型的含水 率和渗滤液横向影响范围的影响明显高于均质模型. 而当回灌速率和回灌时间相同时, 正态分布模型渗滤液的渗流速度更快, 易于优先达到饱和含水率, 并在短暂的峰值后迅速下降, 且随着回灌速率和回灌时间的增加, 达到饱和含水率和峰值的时间也逐渐增加.     

雨水入渗对黄土地基破坏的有限元分析

近年来,对于黄土地基的积水入渗模型的研究较为充分,但对于积水入渗后地基应力变形规律的研究还比较少。因此,开展雨水入渗对黄土地基破坏的有限元分析,对于我国黄土地区的公路建设具有重要的理论意义。     

基于地下水入渗反演解析的污水管网破损数值化定位

地下水位高于管道埋深的地区,污水管道破损会导致大量地下水入渗,严重影响城市污水治理效能。高密度城市交通繁忙、高楼林立,难以开挖查找破损管道;物理探测方法操作复杂,价格不菲,难以推广。污水管网破损摸排成为制约城市污水治理的瓶颈问题。为此,利用粒子群算法,建立了高地下水位地区污水管道破损寻优定位模型,通过管网水力学模型和关键检查井水位监测信息,开发了城市污水管网破损的数值化定位技术。该技术方法在某城市污水管网进行了实例验证,结果表明基于检查井水位对地下水入渗流量进行解析,可确定破损点位,相对误差小于5%。在此基础上,进一步探究了监测点数量对破损点寻优定位精度的影响,结果表明只需监测60%的节点,寻优定位的查准率和查全率分别可达到75%和94%。