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地表-地下水系统水、热迁移转化与裸土蒸发机理研究对于水量平衡以及地表能量转化具有重要意义。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区为研究区,基于原位蒸渗仪长期观测,结合数值模拟,选择2种地下水位初始埋深分别为80 cm（浅埋深）和290 cm（深埋深）的情景,研究了变饱和带水热迁移转化的动力学过程以及对裸土蒸发的影响。结果表明:变饱和带土壤水的运动规律受水头梯度和温度梯度的共同驱动,且在不同水位埋深条件下呈现不同的运动方式;浅埋深条件下,受水头梯度的作用,土壤的毛细上升高度能够到达地表,蒸发条件下土壤水在毛细力驱动下向上运移,土壤内部不存在零通量面,温度对水分运动的影响较小,发现当地下水位埋深小于毛细上升高度时,地下水在毛细力作用下直接贡献土壤蒸发;深埋深条件下,水头和温度是土壤水运动过程的关键因素,位于地表以下18 cm以浅土壤内部出现孤立的零通量面,阻止了土壤水的向上运移,导致蒸发量减小。当地下水位埋深大于毛细上升高度的1.6倍时,地下水不再直接参与土壤蒸发,但会间接地影响包气带的水分转化;因此模拟期间浅埋深的裸土累积蒸发量约为深埋深累积蒸发量的4倍。 相似文献
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采用排水式蒸渗仪试验,研究不同地下水埋深对冬小麦和春玉米产量和水分利用效率的影响及其作物系数的变化,表明冬小麦和春玉米生育期的地下水位分别控制在1.5 m和1.0 m以下时产量和水分利用效率最为适宜,作物系数随地下水埋深的变化而变化,幅度可达到0.5～0.6,作物系数最大值处于1.2 m埋深处。研究结果可为地下水埋深较... 相似文献
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自启动负压排水方法是一种新兴的间歇性波动排水方法,为对该方法的实现机理进行理论研究,建立了可供解析研究的负压排水模型。先引入狄拉克函数表述负压排水模型中点汇的数理特性,并对此模型推求出潜水剖面二维流运动方程及潜水面边界条件;再使用二维傅里叶正逆变换求解负压排水模型的定解问题,得到负压排水渗流场解析解。设置两种工况分别计算了自启动负压排水方法下数值模拟和理论解得到的边坡浸润线曲线,并进行了对比分析。结果表明：在不同排水孔位置工况的3组条件中,排水孔位置越深,理论解误差越大,其中排水孔位置为（24,10）时,靠近排水孔区域理论解与数值模拟结果误差最大;在排水孔位置固定、不同初始水头高度工况的3组条件中,左、右水头越高,理论解误差越大,其中左水头为28 m、右水头为8 m时,理论解与数值模拟结果误差最大。该自启动负压排水渗流场解析解在简化条件下的浸润线理论解与数值模拟结果吻合度较高。 相似文献
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查明地表水和地下水作用关系对湿地生态保护与修复具有重要意义。采用地表水和地下水位监测、氢氧稳定同位素分析、湖床沉积物温度示踪等方法,研究了白洋淀渗漏对周边浅层地下水的影响范围和深度,评价了地表水垂向渗漏速率,并探讨了芦苇分布面积和地表水位以及地下水位埋深的关系。结果表明：白洋淀渗漏受地质结构和水力梯度等因素影响,对浅层地下水垂向上影响深度为20 m,水平向上影响范围存在较大空间变异。周边浅层地下水的补给来源为大气降雨和地表水,其中地表水渗漏的补给比例为0~90.5%。淀区渗漏速率0.01~0.59 mm/d,和含水层埋深关系密切,埋深越小,越有利于地表水渗漏。1976-2020年,白洋淀芦苇分布面积和地表水位关系密切。当地表水位为6.3~6.8 m时,芦苇分布面积最大,在水位小于6.3 m条件下芦苇面积随着水位增高而增加,大于6.8 m条件下随着水位增高而减少。芦苇台地下水位埋深和地表水位显著相关,在2020年4-9月芦苇生长期,除雨季前期外多数时段台地地下水埋深均适宜芦苇发育,建议在雨季前期实施生态补水,通过降低台地地下水位埋深促进芦苇生长发育。研究结果可为白洋淀生态补水、渗漏防治和生态保护提供参考。 相似文献
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通量上边界与水头上边界方法的地下水流系统模拟对比 总被引：1，自引：0，他引：1
水头上边界方法（简称水头法,GHB）给定了潜水面形态和固化了排泄点,限制了不同地下水流系统模式的形成与转化。分别用数值法进行了通量上边界（简称通量法,FUB）与水头上边界的地下水流系统对比模拟。结果表明：嵌套式多级地下水流系统（Tóth典型模式）在运用水头法和通量法进行系统转化模拟时,得出的水流模式可能相似或完全不同;通量法在条件（盆地形态、入渗强度等）改变时潜水面能够自动形成,从而得出不同变化条件下的水流系统特征;水头法由于给定了潜水面和固化了排泄点,在改变盆地其他因素时,盆地补给（排泄）也发生同步改变,此时地下水流模式不是单因素变化的结果,因此在给定条件下不能得出完整的地下水流系统变化模式。基于通量法与水头法在地下水流系统模拟中的优势与不同,在进行盆地地下水流系统理论和实际研究时,应该综合2种方法的特点,结合实际资料条件进行方法的选取与应用。 相似文献
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在采用稳定流进行排水设计时,常以允许最小地下水埋深和相应排水系数作为设计指标,在用非稳定流方法设计时,多根据一次降诟允许的地下水位降速作为排水设计指标。随着计算机工,地下水动态的计算日益方便,在作物产量与地下水动态关系的基础上,提出了采用作物生长期或生长阶段地下水动态作为指标的多种形式,如累积超标深度ＳＥＷ、抑制天数指标ＳＤＩ、累积减产指标ＣＲＩ等。本文对渍害田排水设计指标的研究现状及展望进行了论 相似文献
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准确而可靠地预测地下水埋深对生态环境保护和水资源规划管理具有重要意义。针对吉林西部浅层地下水位动态变化的复杂性和非线性,提出了基于小波分析与人工神经网络相结合的预测方法小波神经网络(WA-ANN)模型。将研究区2002年1月2009年12月当月降水量、蒸发量、人工开采量和前月平均地下水埋深4个参数作为输入,当月平均地下水埋深作为输出,建立浅层地下水埋深预测模型,并与BP神经网络(BP-ANN)模型和自回归移动平均(ARIMA)模型进行比较,对比分析了三者的建模过程及其模拟精度。结果显示:相比两种ANN模型,ARIMA模型建模过程更为简单,计算效率更高;但WA-ANN模型的拟合精度高于BP-ANN和ARIMA模型,预测效果更好。总体来看,WA-ANN模型在浅层地下水埋深预测中具有一定的应用推广价值。 相似文献
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为了确定巴丹吉林沙漠潜水蒸发强度与地下水埋深的关系,基于巴丹吉林沙漠的气候背景、砂土特征和不同地下水埋深时的典型植被特点设计了54种情景,利用Hydrus-1D建立不同情景下的SPAC水分运移模型,对周期性气象条件驱动下的潜水蒸发开展数值模拟。模拟结果表明:多年平均潜水蒸发量有着随地下水埋深增大而非线性减小的趋势;不同情景的极限埋深都大于3m,在埋深等于3m时潜水蒸发量都小于最大值的5%;当地下水埋深为0.5~1.5m时,潜水蒸发量对地下水埋深的变化最为敏感;当地下水埋深为1m时,潜水蒸发量对包气带岩性的变化也很敏感;在地下水埋深小于0.5m和大于1.5m的区间,气候、岩性、地下水埋深的变化对潜水蒸发量的影响变得微弱。另外,多年平均潜水蒸发量和地下水埋深的这种非线性关系可以用一个新提出的经验公式进行较为准确的拟合,将这个研究结果用于评价巴丹吉林沙漠湖泊集中区地下水的蒸发消耗,发现潜水蒸发总量显著大于湖面蒸发总量,前者约为后者的2.5~2.6倍,必须在沙漠水分平衡的分析中加以考虑。 相似文献
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Contribution of shallow groundwater rapid fluctuation to soil salinization under arid and semiarid climate 总被引：4，自引：0，他引：4
Mohamed Khaled Ibrahimi Tsuyoshi Miyazaki Taku Nishimura Hiromi Imoto 《Arabian Journal of Geosciences》2014,7(9):3901-3911
Rising saline shallow groundwater and associated soil salinization problems are widespread especially in arid and semiarid areas. There have been numerous studies on groundwater-associated salinity, but more information is required on the effects of groundwater frequent and high fluctuations on soil salinization. In the present study, laboratory experiments and numerical simulations using HYDRUS-1D model were carried out for this purpose. The experimental and modeling results showed that groundwater fluctuation caused not only the accumulation of more salt in the soil profile compared to stable groundwater, but also an enhancement of the mechanism. Water table fluctuation induced a much greater spreading of the bromide (Br) tracer within the column than the constant water table. The Br content was on average five orders of magnitude greater under a fluctuating water table than under a constant one. Further, the numerical simulations showed that an increase in the groundwater fluctuation frequency brought about an increase in soil surface salinization under the same evaporation boundary conditions. Additional simulations with HYDRUS-1D were used to study the effects of various management strategies on soil salinization induced by shallow groundwater. Hence, by reducing the evaporation rate through the application of surface mulching, a significant reduction of salt concentration at the soil surface was observed. Moreover, frequent irrigations with small quantities were effective to reduce soil surface salt accumulation induced by saline shallow groundwater. 相似文献
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This paper describes the influence of seasonal variations of the ground water table on free field traffic-induced vibrations. The passage of a truck on two types of road unevenness is considered: a joint in a road pavement consisting of concrete plates and a speed bump with a sinusoidal profile. Free field vibrations are computed with a two-step solution procedure, where the computation of the vehicle axle loads is decoupled from the solution of the road–soil interaction problem. The impedance of the soil is calculated using a boundary element method, based on the Green's functions for a dry layer on top of a saturated half-space. It is demonstrated that, in the low-frequency range of interest, wave propagation in the saturated half-space can be modelled with an equivalent single phase medium as an alternative to Biot's poroelastic theory for saturated porous media. The relation between the free field velocity and the depth of the ground water table is dominated by three phenomena: (1) the compressibility of the soil decreases due to the presence of the pore water, (2) the ground water table introduces a layering of the soil which may cause resonance of the dry layer and (3) refracted P-waves in the dry layer interfere with surface waves. If the depth of the ground water table is large with respect to the wavelength of the vibrations in the soil, the response tends to the response of a dry half-space. The average free field velocity is equal to the velocity in the absence of ground water. If the depth of the ground water table is small with respect to the wavelength of the vibrations in the soil, the response tends to the response of a saturated half-space and resonance of the dry layer does not occur. The average free field velocity is smaller than the velocity in the absence of ground water. The interference of refracted P-waves and surface waves causes an additional oscillation of the response as a function of the excitation frequency and the distance between the road and the receiver. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验: A组无地下水补给,土柱高度60cm;B组地下水维持在距土柱表层60cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深（0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m）情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。 相似文献
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以模拟农田尺度降雨入渗—重分布条件下阿特拉津(atrazine)在非饱和土壤中的淋溶动态为数值算例,通过在北京东郊的一块27m×27m的农田采集100个土壤样品,测定其主要理化性质,间接计算获得各土壤样品的van Genuchten型水力学参数、溶质运移的弥散度及atrazine在土壤中吸附的分配系数,进而基于柱模型假设,运用HY DRUS 1D软件得到不同时刻采样区内土壤水负压和atrazine浓度的平均分布。在此基础上,重点探讨了应用幂平均算法计算不同的等价有效参数对农田尺度下土壤水负压和atrazine浓度平均分布的数值模拟精度的影响。就所设计的降雨入渗—重分布条件下atrazine淋溶的算例而言,土壤水力学参数、溶质运移参数和吸附特性参数取几何平均或调和平均作为有效参数值,空间平面上呈正态分布的土壤水负压的初值采用算术平均值作为流场模拟的初始条件,可以获得满意的数值模拟结果。 相似文献
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当土压平衡盾构穿越高水位地层（如穿越江河）时,地下水与土舱之间的高水压差会产生过大的渗透力,导致开挖面失稳。为了研究渗流条件下开挖面失稳问题,开发了一套隧道离心模型试验装置,主要包括刚性模型箱、模型盾构、开挖面伺服加载系统、水位控制系统、储水箱。针对饱和砂质粉土地层,开展了一系列不同水位高度的稳态渗流开挖面失稳模型试验。结果显示,开挖面失稳过程中随着开挖面位移的增加,有效支护压力迅速下降;在达到最小值 之后缓慢回升并趋于稳定;极限有效支护压力 与水头压力 呈线性关系。 相似文献
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海河流域不同下垫面土壤水分动态模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
针对海河流域不同的下垫面类型,选取密云(果园林地)、大兴(城郊农田)、馆陶(平原农田)3个观测站,建立垂直方向上以含水率θ为因变量、含根系吸水项的非饱和土壤水分运动数值计算模型。该模型以一维Richards方程为基础(以下简称RE模型),采用实测的降水和蒸散数据作为模型的上边界条件,运用全隐式有限差分法,分别对不同生长期内的土壤水分进行数值模拟,得到时间序列的土壤水分廓线,并分别采用成熟软件HYDRUS-1D的模拟结果和各观测站实测土壤水分对RE模型进行交叉验证和直接验证。结果表明RE模型能够很好地模拟海河流域不同下垫面土壤水分动态变化过程,3个站模拟结果与实测土壤水分数据的均方根误差(RMSE)分别为0.03127,0.0359和0.0409 cm3/cm3。与HYDRUS-1D软件模拟结果(其与观测值的RMSE分别为0.03759,0.0647和0.0467 cm3/cm3)相比,RE模型模拟的土壤水分具有更高的精度,也显示出RE模型的可靠性。探讨3个站土壤水分的时空变异规律及其影响因子并以大兴站为例,通过优化RE模型参数,探讨犁底层对土壤水分模拟结果的影响,进一步改善RE模型的模拟精度。 相似文献
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Tatyana Novikova Gerassimos A. Papadopoulos Vassilios Karastathis 《Natural Hazards》2007,40(3):537-552
In the present paper we analyze the effect of local geology on ground motion by means of numerical calculations (numerical
models) using total (TS) and effective stress (ES) methods. These numerical calculations have been applied to the site of
Itea, Corinth Gulf, which was chosen based on liquefaction susceptibility criteria and field inspection. Data from seismic
refraction experiments and cone penetration test N-values as well as selected records of ground motion in nearby areas were
used to construct the input file for the numerical model. By means of␣dynamic analysis such characteristics of ground motion
as acceleration time histories, response spectra, and amplification function were evaluated. A one-dimensional soil amplification
effect was clearly shown. Liquefaction probability at the Itea site was predicted based on the safety factor and the calculation
of the induced settlement at the test site. Results of the TS and ES modeling lead us to conclude: (1) the presence of soft
soil at Itea caused significant amplification (almost 2.5-fold higher magnitude) of the underlying bedrock motion and, therefore,
can contribute to damage; (2) the area of Itea is highly susceptible to liquefaction due to presence of silty sand deposits
at depths between 2.48 m (the position of the water table) and 12 m that demonstrate the rapid growth of the excess pore water
pressure (EPWP) ratio with an increase in peak ground acceleration values. 相似文献
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软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律,即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例,对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证,并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明：非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响;随着渗流指数逐渐增大,土体内水头损失加快,隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小;随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大,衬砌排水能力增强,隧道渗流量逐渐增大,隧道周围土体孔压减小更大。 相似文献
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本文对山东半岛海岸带滨海杂填土、饱和粉细砂、淤泥质土等特殊复杂地层地基处理方法进行了研究。以经济高效的强夯法为基础,提出复杂地层整体排水概念,设计了浅层、深层竖向排水和水平排水的接力排水系统,并进行了现场试验研究。监测数据表明,强夯荷载作用下,接力排水系统整体协同排水,可快速排出各个地层中地下水、消散超孔隙水压力。7 h左右可基本消除强夯引起的地下水上升及孔隙水压力消散。持续降水,地表沉降为上部土体厚度的0.7%～2.0%。强夯动力荷载作用下,表层土体压缩为上部土体厚度的8.7%～10.9%。埋深3～7 m土体沉降约为土体厚度的5‰、3‰,埋深7～10 m土体沉降为土体厚度的2‰。检测数据表明,在强夯有效影响深度内地基处理效果明显,土体工程性状改善明显。表层承载力及变形模量满足设计要求,4 m以下淤泥承载力平均值略低于设计要求,下部淤泥质土计算平均固结度为77%。夯后1个月监测数据表明,地表沉降量在25 mm以内,已逐步趋于稳定,分层沉降、孔隙水压力数值整体稳定略有下降。 相似文献