小波分析在地下水位序列多时间尺度分析中的应用

以河套灌区地下水位序列为例子,首先对地下水位序列进行了小波消噪,然后采用Mexican Hat小波函数对消噪序列进行了小波变换,并基于此分析了地下水位序列的多时间尺度演变特征.结果表明:不同的时间尺度分辨率下,地下水位序列会表现出不同的周期交替现象,时间尺度在时间域中分布很不均匀,具有明显的局部化特征;小波分析可以清晰地给出各种周期的强弱和分布情况以及突变点,为分析地下水位时间序列的动态变化特征提供了一种新方法.     

用薄层土蒸发数据计算获得萎蔫含水量和高基模吸力段持水曲线

本研究对薄层土的含水量和薄层土所含水分的蒸发率的关系进行了理论分析 ,并在实验室测定了砂土、壤土、和粘壤土的薄层样品的水分蒸发过程。蒸发率迅速降低时的转折含水量被与压力锅法测定的萎蔫含水量相联系。薄层土蒸发数据还被用于计算高吸力段的持水曲线。vanGenuchten持水曲线模型经修改后可以很好拟合所计算的持水曲线数据     

土壤非均匀水流运动与溶质运移的两区-两阶段模型

根据优先流发展过程中所表现出来的阶段性特征和分形特征,建立了描述非均匀土壤水流运动和溶质运移过程的两区-两阶段模型。模型认为,研究区域可划分为水流经过的活动流场(即优先流流场)和水流绕过的不活动流场两个区域;优先流流场在发展过程中将先后经历流场扩张和保持两个阶段;处于扩张阶段的优先流流场,其内部土壤水流运动的快速非平衡特征明显,并表现出明显的分形特征;处于保持阶段的优先流流场,其内部的土壤水流运动类似于基质流运动,无明显的分形特征。通过在砂土、壤土和黏土条件下开展的6个示踪试验,检验和评价两区-两阶段模型、活动流场模型和两区模型模拟预测非均匀土壤水流运动和溶质运移的有效性。研究结果表明,两区-两阶段模型可较好地描述各种土质条件下的优先流运动;活动流场模型对壤土和黏土条件下的优先流运动预测精度较好,而对砂土条件下的优先流预测精度较差;两区模型对各种土质条件下的优先流运动预测精度均较差。     

多孔介质中非均匀流动模式示踪试验与弥散限制聚合分形模拟的应用

通过田间试验研究探讨了土壤水非均匀流动特性及其描述方法。采用染色示踪剂观察了土壤水非均匀流动模式，并采用功率谱分析方法探讨了流动的尺度特性。应用弥 散聚合限制模型(DLA)模拟非均匀流动模式。研究结果表明常耕地和废弃地条件下的非均匀流动的流动模式、染色比例、含水率变化量以及溶液浓度随深度的变化规律明显不同。功率谱分析表明，非均匀流动具有尺度相似性。弥散聚合限制模型中，粒子通过随机移动生成分形结构体，通过改变移动概率和进行结构分层使模型产生的流动形状与实际流动模式一致，说明DLA模型能较好的模拟非均匀流动，同时表明土壤非均匀流动具有分形特征。     

基于负水头下土壤水分一维水平运动理论与实验研究

基于Gardner表征的土壤水分特征曲线和Russo表征的非饱和土壤导水率形式,推导了负水头下水分入渗累计入渗量、入渗率、湿润峰以及入渗时间之间的理论关系,分析了负水头下水分入渗土壤含水量剖面分布以及剖面含水量的预测。并利用实验的数据验证了这些变量的关系,验证结果表明这些关系是合理的。     

用盘式负压入渗仪数据计算土壤导水参数

本研究提出了用盘式负压入渗仪(Disc infiltrometer)测定的入渗数据计算土壤导水参数的一种新方法。该方法可以用大于10min入渗时间的任何入渗率数据计算土壤导水参数。一种迅速准确的数值迭代法被用于解所得的高度非线形的方程组。新方法所计算的土壤导水参数与实验室测定数据比较吻合，与其他计算方法相比，新方法所得到的导水率与宏观毛管上升高度准确合理。     

多孔介质中非均匀流活动性流场模型本构关系研究

本文在土壤染色示踪试验的基础上,对多孔介质活动性流场模型的本构关系进行了分析.在此基础上讨论了流动非均匀性和本构关系参数之间的关系.研究表明:土壤剖面不同深度和宽度处的染色比例值都增大时,活动性流场模型本构关系中的分形参数值减小;本构关系参数值和水流最大入渗深度与50%面积染色深度的比值及土壤剖面宽度处染色比例的最大值与最小值的比值均成正相关关系.此外,本文还利用黏土中的染色示踪试验数据分析了活动性流场模型本构关系参数的取值.     

用分形特征参数定量描述土壤水流运动的非均匀程度

通过田间条件下开展的7个碘-淀粉染色示踪试验,研究了入渗初始条件和边界条件对土壤水流运动非均匀特征的影响.同时采用土壤水实际入渗深度分布非均匀系数(C_(ua))和活动流场模型(ARM)分形特征参数(γ)来定量描述不同入渗条件下土壤水流动的非均匀程度.研究结果显示,不同条件下,γ和C_(ua)有着相同的变化趋势,γ能正确描述土壤水流运动的宏观非均匀特征;较低的土壤水初始饱和度引起较显著的土壤水非均匀流动;在相同土壤水初始饱和度条件下,土壤水流运动的非均匀程度随着入渗水量的增大而先增大后减小.     

田间尺度下土壤水流非均匀运动特征的染色示踪研究

根据碘和淀粉的显色反应原理对土壤优先流进行了示踪研究，开展了入渗水量深度分别为 20mm、40mm、60mm和80mm的4组染色示踪试验。通过对垂直剖面流动模式的分析和对整个试验区域入渗深度分布的统计分析，研究了土壤水流运动的非均匀特征与入渗初始条件和边条件之间的关系。研究结果表明：(1)土壤水流运动在剖面内和剖面之间均表现出明显的变异特征；(2)土壤初始含水率升高对土壤优先流的发展有明显的抑制作用、降低了入渗在剖面内和剖面间的变异程度；(3)随着入渗水量的增大，土壤水入渗的非均匀程度非线性减小，但过多的增大入渗水量对提高入渗均匀度的作用有限；(4)互相关函数分析可成功地用来研究土壤水流入渗变异特征的方向性、比较入渗在剖面内和剖面间变异程度的大小以及确定入渗区域中土壤优先流的可能最大宽度。     

用盘式负压入渗仪计算土壤水动力参数的改进方法

本研究为根据盘式负压入渗仪测定的入渗数据计算土壤水动力参数的一种新方法。该方法是在已有方法结构不变的情况下，引入重力对入渗的影响，发展得到的新模型。为了检验新方法，分别用各种不同模型计算用数值模拟及田间试验得到的不同土壤、盘径、水头压力条件下的入渗数据并进行比较。结果表明，相对于其他方法，新方法不仅对小盘径盘式负压入渗仪得到的入渗数据适用，更适用于大盘径盘式负压入渗仪得到的入渗数据，计算的导水率能在短时间内趋于常量，且计算结果比其他方法精度更高，是一种合理可靠的计算方法。