基于野外观测与能量守恒原理分析饱和裸土与水面蒸发量的差异

准确计算裸土蒸发量对研究旱区地下水文循环过程具有重要意义。潜在蒸发量是计算裸土实际蒸发量的重要指标,由于饱和裸土蒸发量（PEs）难以获取,因此常用水面蒸发量（PEw）替代,但该方法的有效性有待验证。本研究基于蒸渗仪实测蒸发量、气象要素等野外观测数据,对比了2种饱和砂土与水面蒸发量昼夜变化特征及其差异。实测结果表明,年内平均饱和裸土蒸发量大于水面蒸发量;春夏两季蒸发强烈,两者差异最为显著;在天尺度上,水面蒸发量曲线滞后于饱和裸土。有效能量（Rn−Gs/Nw）是决定潜在蒸发量差异的主要因素。与纯水相比,饱和裸土中固相颗粒的存在,削弱了短波辐射的穿透能力,影响净辐射量（Rn）,并导致土体热容降低,影响土面总热通量（Gs）。计算结果表明,饱和裸土可用于蒸发的有效能量大于水面（Rn,s−Gs>Rn,w−​​​​​​​Nw）,因此饱和裸土蒸发量较大;由于饱和裸土剖面升温更快,水体储热变化量（Nw）曲线滞后于土面总热通量（Gs）,因此饱和裸土日蒸发量峰值也早于水面出现。该研究为准确计算实际蒸发量、提升地下水资源估测精度提供了理论依据。     

成像雷达干涉测量数据相关性与干旱-半干旱地区地表类型特征的关系

利用欧洲资源卫星1号和2号获取的重轨干涉测量雷达数据,首先进行干涉测量数据相关性估测,并结合干涉测量数据的振幅信息,开展新疆喀什试验区地表土地类型的识别与分类,区分和识别出裸土、盐碱地、灌丛、裸岩/戈壁、沼泽和水体 6类土地类型。最后通过对不同土地类型的后向散射特性和相关性的分析,探讨了干涉测量数据相关性与干旱-半干旱地区地表特征的关系。     

苏州-无锡-常州地区浅层地下水系统可采资源量评价

苏州-无锡-常州地区超量开采深层地下水已引起严重的地质灾害,因此对该地区浅层地下水资源进行科学评价,查明其可开采资源量十分重要.通过对苏州-无锡-常州地区浅层地下水水文地质条件和沉积特征的研究,将浅层地下水划分为4个子区,分析了各子区的特征及补给、径流、排泄条件,并运用GMS软件对全区浅层地下水进行了数值模拟,在给定的水位约束条件下,得出该区可持续开采水资源量为10.57×108 m3/a.     

高坝洲地区岩溶水系统的研究方法与意义

本文根据高坝洲水利枢纽工程的实际需要,提出了该区岩溶水系统的划分标准,据此对研究区岩溶水系统进行了划分,并论述了各岩溶水系统的特征和相互关系。在此基础上,应用数值模拟方法对研究区相应的水文地质参数进行了识别,并对蓄水后库水的渗漏途径、渗漏量进行了预测,为防渗帷幕的设计和施工提供了科学依据。     

西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度

鉴于包气带蒸发的水分是从地表散失,故查明裸土蒸发规律对研究包气带水分蒸发、潜水蒸发问题具有重要意义。为了查明西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度规律,通过开展裸土含水率观测、包气带负压观测等野外原位试验,结合气象资料,对包气带剖面流场特征进行分析,采用有限差分法对裸土蒸发强度进行计算。结果表明：依据包气带水分在垂向上迁移的不同状态,将裸土区包气带剖面划分为水分向上传输带和水分向下迁移带2个带;西北内陆干旱盆地裸土包气带极限蒸发深度为1.2 m;受外界蒸发能力和包气带向上输水能力交替控制作用,盆地内裸土蒸发出现在4月下半月至9月下半月,其中4月下半月至5月裸土蒸发强度最大,平均蒸发强度达0.56 mm/d;裸土蒸发强度平均仅占水面蒸发强度的3.5%,最大达6.7%。     

基于VSF的非饱和-饱和带耦合过程的三维水流数值模拟

包气带作为"四水转化"的关键带,在地下水流与溶质运移模拟中起着重要作用。VSF是一款基于MODFLOW-2000开发的用于模拟非饱和-饱和带水分变化和运移过程的数值模拟程序。本文首先介绍了VSF程序的设计原理与结构,并重点介绍了VSF区别于MODFLOW-2000的用以概化非饱和带水分运移和边界条件设置的子程序包模块,包括Richards方程渗流(REF)、浸润面(SPF)、地表滞水(PND)、地表蒸发(SEV)和植物根区蒸散发(RZE)等子程序包。本文以REF、SPF、PND和SEV等子程序包为例,将VSF与MODFLOW-2000耦合应用于一个非饱和-饱和带水流运移过程的模拟算例。结果表明,VSF可与MODFLOW耦合实现饱和带水位与非饱和带饱和度的同步计算,并能刻画模型中单元格饱和状态的变化过程,其多种实用的边界条件可提供较为全面的模拟条件,是模拟实际包气带-饱和带耦合问题的有效工具。     

叶尔羌河流域裸地潜水蒸发的数值模拟研究

利用地表能量平衡原理、微气象学以及土壤水热迁移理论建立了潜水蒸发模型,并采用全隐式有限差分格式进行求解。在求解过程中,对土壤热运动方程的上边界采用了第三类边界条件,同时采用自动调节步长等方法,增加了数值计算的稳定性,提高了计算速度。用本计算模型模拟了1994年5月份新疆叶尔羌河流域地下水均衡场的裸地潜水蒸发过程,并与当地的试验资料进行了比较分析,结果表明,采用的计算模型和方法可以进行较长时间内裸地的潜水蒸发估算。     

降雨入渗补给地下水数值模拟研究

针对在地下水资源评价中入渗补给量采用经验估算存在较大误差的问题,以神东矿区为例,在广泛调查矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟的方法建立包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟矿区内不同地段降雨入渗强度,探讨影响降雨入渗强度的主要因素,计算得出研究区降雨入渗系数大致在0.18~0.27,分析认为影响降雨入渗强度的因素有降雨量、潜水埋深、包气带岩性等。其中在研究区广泛分布的风积沙对地下水资源起到了一定的保护作用。     

三维地应力计算模型研究

简要回顾了现有的三维地应力实测方法在实际工程应用中存在的局限性。对钻孔局部壁面应力全解除法进行了系统的研究,从理论上说明了由它确定三维地壳应力张量的可行性。采用线弹性有限元法对钻孔局部壁面应力解除过程做了数值模拟研究,分析了应力解除曲线的变化特征,给出了达到完全应力解除时解除深度和被解除岩芯直径之间的定量关系,还进一步分析了环形解除槽引起的应力集中对其附近局部孔壁应力分布的影响,从而为在钻孔孔壁的局部壁面上如何合理的布置应变计（花）提供了参考依据。最后对本课题的研究前景做了展望。     

在“三水”转化过程中岩土水势梯度变化及其变化机理研究

通过对岩土水势梯度特征性变及机理研究,进一步加深了对“三水”转变关系的了解,并对降水入渗补给地下水机制和潜水蒸发过程及有关水文地质问题有了新认识。     

大埋深条件下降雨入渗补给的初步分析

运用SWAP模型对太行山山前平原--河北省栾城县田间土壤水分运动进行了数值模拟.从土水势及土壤含水量等方面,初步分析了降雨灌溉入渗补给条件下土壤水分运动的规律.通过分析和讨论,探求了大埋深条件下降雨入渗过程,初步揭示了降雨入渗对地下水位变化的影响.     

考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用

介绍了一种考虑地下洞室片帮、钻孔剥落等岩体应力型破坏特征为信息源,通过数值模拟智能反演方法预测高应力大型地下洞室群围岩局部应力场的新思路。该方法将地下洞室群片帮、钻孔剥落等应力型破坏的位置、深度或者宽度进行定量描述,以弹性模型计算获得的常偏应力大于岩体启裂强度的范围来表示应力型破坏范围,通过分析实测地应力数据约束部分地应力数量,然后采用智能数值反演方法得到其他的地应力分量。采用该方法预测了白鹤滩水电站右岸地下厂房0+76断面附近围岩地应力场,反演获得最大主应力在34 MPa左右。通过其他部位岩体破裂的数值模拟和观测结果对比,验证了地应力场预测的合理性。     

巴丹吉林沙漠潜水蒸发的数值模拟研究

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。