宏观水力传导度及弥散度的确定方法

根据非饱和水力传导率野外试验的统计数据,利用由随机理论推求的宏观水力传导率、宏观水分特征曲线、宏观弥散度的计算公式,计算了介质的宏观参数,为区域非饱和水分运动和溶质运移问题的分析和预测奠定了基础.     

单环入渗试验与数值反演法结合推求土壤水力参数

单环入渗试验广泛应用于野外测定土壤水力参数。文章在三维非饱和带水分模拟程序VSF基础上,加入了单环入渗水流计算模块,并将改进的VSF与参数优化程序LEVMAR相耦合,构建了适用于单环入渗试验的土壤水力特征参数反演程序VSF-LEVMAR。利用大型室内土槽单环定水头入渗及变水头入渗试验资料,反求水平及垂向饱和入渗系数等土壤水力参数。应用结果表明:该方法既可以利用单环定水头入渗试验单独推求吸湿过程中的土壤水力参数,也可以结合单环定水头入渗与变水头入渗试验同时推求吸湿及脱湿过程中的土壤水力参数。     

非饱和土体降雨入渗的全过程数值模拟

采用Crank-Nicolson型差分格式建立了非饱和土降雨入渗的精细化数值模型,此模型对时间和空间均具有二阶精度。每个时间步长的计算采用迭代过程来提高计算精度,利用此计算模型对某一具体的降雨过程中土体含水量的变化进行了数值模拟计算。     

基于点入渗参数计算土质渠床自由渗漏损失的方法

基于非饱和土质渠床有压单点入渗试验,对自由渗漏情况下土壤有压入渗入渗率随时间的变化过程进行了系统性的分析,建立了渠床土壤有压点入渗经验模型,研究了土壤入渗模型参数与水深之间的函数关系。基于点入渗参数与水深之间的函数关系,提出了沿断面积分计算渠道输水渗漏量的模型。该计算模型通过入渗模型参数全面反映了渠道土质、干容重、含水量和水深对渗漏量的影响。计算实例表明:与考斯加科夫公式计算结果相比较,该计算结果可更真实地反映渠道渗漏量随时间的变化过程,并具有更高的精度,证明利用点入渗参数计算渠道输水渗漏量是可行的。     

确定田间土壤水力传导率的分形方法

采用了一种简便易行的分形方法来间接估计水力传导率函数,即根据土壤粒径分布曲线确定孔隙表面分形维数,将其作为分形水力传导率模型的参数来预测整个压力水头范围内的水力传导率.利用UNSODA数据库中217个样本的实测资料对模型进行检验,结果表明分形方法预测的水力传导率其精度明显高于根据水分特征曲线利用统计孔径分布模型的估计结果.     

包气带增厚区土壤水力参数及其对入渗补给的影响

为探讨包气带深部增厚区土壤水力参数变化对入渗补给过程的影响,采用压力膜仪对河北正定深部包气带(8.0~21.0 m)10个原状土样进行水分特征曲线测试,利用RETC软件中Mualem-van Genuchten导水率模型对其拟合,获取含水率与非饱和导水率的关系曲线,并根据达西法对其进行分析讨论.结果表明:场地包气带深埋区的非饱和导水率为25~240 mm/a.当某一埋深历史水位下降速度越快,该埋深处相同含水率情况下土壤非饱和导水率越大,说明对应土层的入渗补给强度越大;因包气带厚度增大使原来位于饱水带的层状非均质土层转变为包气带,潜水位波动下降过程中深部包气带土层因排水压密作用,使得土壤水力特性发生变化,进而影响垂向入渗补给过程.      

探讨变雨强条件下的入渗过程及影响因素

以积水条件下Green-Ampt入渗模型为基础,拓展其在变雨强中入渗率和累积入渗量计算形式。结合上述理论基础,选用饱和-非饱和土壤水、热和溶质运移模拟软件Hydrus-1D,探讨了常降雨与变雨强的入渗差异和饱和导水率、土壤类型对变雨强入渗过程的影响。研究表明：相对于常降雨,变雨强更利于雨水入渗,累积入渗量显著增加;其他水力参数不变,饱和导水率越大,入渗率与变雨强随时间变化曲线重合率越高,雨强控制时间越长,累积入渗量相应也越大;其他水力参数作用效果不容忽视,其影响作用可与饱和导水率达到相似效果。正确了解变雨强下入渗过程及影响因素,有助于准确地把握实际降雨入渗情况,对指导水力工程有重要的实际意义。     

基于非饱和模拟的海绵体土壤蓄渗能力评价

在武汉市长江新城起步区开展了海绵体土壤蓄渗能力评价,基于10个双环入渗试验和土壤颗分资料,利用HYDRUS-1D构建了非饱和水流数值模拟模型,对2018年降雨蒸发条件下海绵体土壤中的水分运移过程进行模拟,定量计算了海绵体土壤的蓄水容量和入渗水量。结果显示：非饱和数值模拟很好的仿真了降雨入渗过程,可准确计算海绵体土壤的蓄水容量和入渗能力。     

基于MCMC法的非饱和土渗流参数随机反分析

基于贝叶斯理论,以马尔可夫链蒙特卡罗方法（Markov chain Monte Carlo Simulation, MCMC法）的自适应差分演化Metropolis算法为参数后验分布抽样计算方法,建立利用时变测试数据的参数随机反分析及模型预测方法。以香港东涌某天然坡地降雨入渗测试为算例,采用自适应差分演化Metropolis算法对时变降雨条件下非饱和土一维渗流模型参数进行随机反分析,研究参数后验分布的统计特性,并分别对校准期和验证期内模型预测孔压和实测值进行比较。研究结果表明,DREAM算法得到的各随机变量后验分布标准差较先验分布均显著减小;经过实测孔压数据的校准,模型计算精度很高,校准期内95%总置信区间的覆盖率达到0.964;验证期第2～4个阶段95%总置信区间的覆盖率分别为0.52、0.79和0.79,模型预测结果与实测值吻合程度较高。     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定分析

针对降雨入渗土坡的稳定问题,建立一个考虑水力渗透系数特征曲线、土-水特征曲线以及修正的Mohr-Coulomb破坏准则的非饱和土流固耦合有限元计算模型,进行雨水入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值模拟,得到非饱和土边坡变形与应力的若干重要规律。研究成果为降雨入渗条件下非饱和土边坡的稳定分析提供了基础。     

河流渗滤系统对地表污水的净化作用综述

河流渗滤系统可充分利用水环境的净化功能,提高污水处理效率,避免地下水遭受污染.河流渗滤对地表污水的净化是一种自然过程,它作为天然的过滤器及生物地球化学反应器,可以除去河水中多种污染物,包括天然有机物、合成有机物、无机物、颗粒物、细菌及病原体等.文章分析了影响河流渗滤系统自净作用的影响因素,包括河流沉积物的组成、河流渗滤系统的结构、季节等.最后提出了今后研究河流渗滤系统的方向.     

青海省海北化工厂Cr~(6+)污染调查评价与治理

海北化工厂已停产15年之久,但Cr6+污染依旧十分严重.调查得知,海北化工厂原生产废液排放及堆存废渣经降水淋滤作用下渗,是造成该区包气带和地下水Cr6+污染的主要原因.采用地下水质量法和污染指数法评价分析该区地下水Cr6+污染范围和污染影响程度.评价结果显示:Cr6+重度污染区面积0.75 km2,厂区包气带Cr6+平均含量67.67×10-6,平均超标指数1691.75,地下水中Cr6+浓度超过Ⅴ类水标准.在分析厂区周边水文地质条件的基础上,提出清除场地废渣废料并置换被污染的包气带、采用抽水法治理被污染的地下水的综合方案.     

土壤水取样技术应用基础研究——土壤水提取量与土壤含水量关系

土壤水取样技术在环境地质研究领域，特别是包气带污染质迁移，集聚研究，浅层地下水的污染预测与防治，盐渍土改良及农业生态研究等方面具有重要的应用价值。因而，以实验资料为依据。研究了土壤水取样技术某些重要应用基础问题，重点描述了土壤水取样器在4种不同岩性中的土壤水提取量与土壤含水量的关系，岩性中的土壤水提取量与土壤吸力的关系，并建立了相应的相关方程，以及对影响土壤水取样速率和取样量主要因素等问题进行了分析。     

污染河道对沿岸地下水环境影响规律研究

以江苏奎河为例,观测研究奎河污染物COD_Cr、NH₄+-N、NO₃--N、Cl-入渗进入地下水中发生物理、化学及生物变化的时空分布规律,分析河道沿岸土壤对污染物的去除能力.结果表明:河床的土壤对污染物COD_Cr具有很高的去除率,对NH₄+-N亦有较高的去除率.河道中的NO₃--N在入渗过程中虽有一定的去除率,但由于NH₄+-N、NO₂--N等污染因子转化成NO₃--N,因此该浓度不一定会明显降低.Cl-是保守性污染因子,入渗过程中虽有一定的去除率,但仍对沿岸地下水环境产生影响.因此,当污染河道中污染因子是保守性物质时,必须考虑对沿岸地下水源地的影响.     

卫河流域河流地下水流系统氮素运移的数值模拟

卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus 2d模型模拟河流非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流非饱和带饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明：由于吸附作用、硝化反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH4-N、NO2-N浓度呈下降趋势,而NO3-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500 m。     

基于地中渗透仪的入渗补给方式分析

文章通过在某均衡试验场地中的渗透仪上开展土壤水流穿透试验,分析灌溉水对地下水补给方式。试验结果表明:淹灌条件下,粉细砂扰动土中的穿透曲线为典型的单峰对称型,表明粉细砂中的土壤水通过活塞式入渗补给地下水;而亚粘土中的穿透曲线显示多峰、优先穿透、拖尾等现象,表明亚粘土中的土壤水以优势流方式补给地下水。通过对均衡场降水入渗补给的长观资料分析发现:在自然降雨条件下亚粘土中优势流明显,粉细砂中主要以活塞流为主。     

A theory of loosening earth pressure above a shallow tunnel in unsaturated ground

A theory is proposed to evaluate the loosening earth pressure (vertical earth pressure after excavation) acting on a shallow tunnel in unsaturated ground with an arbitrary groundwater level. The theory is developed based on the limit equilibrium theory, combining soil–water characteristic curves, Mohr–Coulomb failure criteria, and effective stress for unsaturated soils. The proposed theory is applied to predict the vertical distribution of loosening earth pressure in unsaturated ground, which shows a significant difference from that in saturated ground. In unsaturated ground, suction contributes to the increase in effective loosening earth pressure and shear resistance. The remarkable effects of groundwater depth, soil type, and scale of overburden height and trapdoor width on loosening earth pressure are also revealed. Based on the soil–water characteristic curve, the degree of saturation decreases, which causes wet density to decrease and the total and effective loosening earth pressures to have contrary tendencies. Moreover, effective loosening earth pressures vary with soil type as the degree of saturation varies. The total loosening earth pressures are, however, very similar regardless of soil type, because wet density and shear resistance have similar tendencies. The proposed theory provides a valid model for loosening earth pressure in unsaturated ground that will be useful for shallow tunnel excavations.     

Organic Contamination of Soil and Goundwater in the Piedimont Plain of the Taihang Mountains

The risk of groundwater contamination following the infiltration of waste surface water, is of great interest, particularly in areas experiencing water shortage. In this study, the distribution characteristics of contaminants along the Cihe River, in the piedimont plain of the Taihang Mountains, China, was investigated by measuring the soil and water samples. The main organic contaminants detected in different media include hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons, and pesticides. The main contaminants found in different media are mostly derived from the river water, which can be seen from the results of waste water from the river and groundwater, from the soil samples from different depth and distance of the profiles along the river. The distribution characteristics showed that there has been a natural attenuation of the contaminants from the river during their transportation through the soils and groundwater. The sorption of organic compounds to soil organic matter is thought to be a main mechanism of natural attenuation.     

利用EARTH模型计算河北栾城地下水垂向补给量

准确计算地下水的垂向入渗补给量是合理评价和利用地下水资源的基础.EARTH模型是一种集中参数的水文模型,可刻画水流在包气带中的运移过程,弥补黑箱模型的不足.以中国科学院栾城农业生态试验站的地下水位观测资料以及气象资料为基础,综合运用降水、蒸发、土壤水、地下水动态观测资料,利用EARTH模型计算了河北平原地下水垂向入渗补给量.计算结果表明,2003年1月1日至2005年8月31日期间,栾城农业生态试验站在降水量1404.1 mm、灌溉量1050.0 mm的条件下地下水入渗补给量为487.2 mm,平均年入渗补给量为182.6 mm, 占降水和灌溉总量(2454.1 mm)的19.9%.在模拟结果的基础上,对不同年份的降水量(含灌溉)和入渗补给量分布的对比分析表明,河北栾城地下水补给滞后现象明显,在研究时间段内峰值滞后18～35 d.     

湖北泉水河流域水化学特征和硝酸盐来源示踪

目前针对喀斯特山区及平原过渡带天然河流硝酸盐的来源识别与追踪的研究鲜有报道，也较少考虑湿润气候区反季节性干旱气候特征对硝酸盐迁移规律的影响.以汉江二级支流泉水河流域为例，分析了从源头喀斯特地区、中间过渡区、平原区地表水和地下水硝酸盐含量及组成的空间变化，采用氮氧同位素识别地表水和地下水硝酸盐来源，利用SIAR模型定量计算各污染源的贡献率.结果表明:土壤有机氮、污水粪便、化肥和大气沉降对地下水硝酸盐来源贡献占比分别为31.4%、20.0%、29.6%和19.0%，对地表水硝酸盐来源的比例分别为32.0%、30.0%、25.0%和13.0%，污水粪便对地表水硝酸盐贡献比例较地下水增高；坝上水样因水体较大，自净能力较强，受污水粪便的影响很小（仅为9.0%），坝上水样硝酸盐土壤有机氮、大气沉降和化肥的贡献占比分别为43.0%、11.0%和37.0%.枯水期河水主要由地下水缓慢补给，无地表径流汇入，土壤有机氮为河流主要的硝酸盐来源，河流中下游更易受人类活动影响，生活污水和化肥对河流硝酸盐贡献增大.