降水入渗补给系数空间变异性分析

分析了降雨不均匀入渗补给的产生机理，应用地质统计学方法研究了次降雨入渗补给系数的空间变异性，建立了协方差函数与方向角的函数关系；对次降雨入渗补给系数进行了Karhunen-Loveve展开，通过求解特征值、特征函数及随机向量模拟次降雨入渗补给系数随机场。分析结果表明，在水平径流微弱、潜水面坡度小的地区，平稳场理论可以有效地描述次降雨入渗补给系数空间分布规律，KL展开法具有优越的收敛速度。     

辽宁省中部平原降雨入渗补给系数分析

降雨入渗是地下水补给的主要来源， 其影响因素较多， 主要有土壤、地下水埋深、次降雨量及前期影响雨量。利用地下水动态井资料及降雨资料， 建立降雨入渗半理论半经验模型，并用统计分析方法计算不同质地土壤降雨入渗补给地下水模型中的系、指数， 在辽宁省中部平原地区地下水资源评价中应用，收到较好的效果。     

确定次降雨入渗补给时段和补给量的研究

1 引言 目前,生产实践中,常用的次降雨入渗补给量计算,一般通过以下三种途径:1.长观井动态资料分析法;2.水均衡法;3.蒸渗仪法。前二种方法难以准确确定与次降雨相应的水位升幅值;后一种方法其入渗补给量观测值也难以判断与次降雨的对应关系。笔者依据实验观测资料,通过土壤水势分布状态及变化剖析次降雨入渗补给过程。 2 次降雨入渗补给起始时刻 非饱和流的推动力,主要是土水势能梯度。水分由土水势高处向低处流动,一般可以用达西定律表示为为土水势梯度,负号的意义即为水分运移方向与势能降低方向一致。所以,土壤剖面土水势     

次降雨入渗补给系数评估雨水花园补给地下水可行性及计算方法研究

【目的】近年来雨水花园在海绵城市建设过程中得到了广泛应用,但其对浅层地下水的补给能力尚缺乏系统研究。【方法】通过柱状模拟试验,研究了不同降雨条件下,次降雨入渗补给系数(α)用于评估雨水花园补给地下水潜力的可行性。【结果】结果表明,α可用于评估雨水花园补给地下水潜力,数值变化范围为0.110～0.212,平均值为0.175;降雨重现期、降雨历时、雨型均对α具有重要影响,且随着重现期和降雨历时增加,α逐渐降低,不同雨型条件下,α大小顺序为均匀雨型>双峰雨型>单峰雨型。【结论】HYDRUS-1D模型模拟法和包气带含水率法计算α均具有较好的精度,不同降雨条件下,模型模拟法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_m)的相对偏差(RE)为-1.280%～7.801%,包气带含水率法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_b)的RE为-14.789%～6.660%。由于包气带含水率法容易实施、便于监测,工程实践中可优先考虑采用该方法。上述结果可为定量评估海绵城市建设过程中雨水花园补给浅层地下水潜力提供参考。     

降雨入渗补给模型研究

以赵圈地下水、地上水联合运用试验区的地下水观测井降雨入渗补给资料为基础,并参照给水度相近地区的有关资料,探讨了降雨入渗补给机理,建立了一个考虑受土壤水分影响的新的降雨入渗补给模型,并介绍了它的具体应用。     

降雨入渗对地下水补给的试验研究

本文通过对台安径流实验站的实测资料进行分析,得出不同地下水埋深时的稻田次降雨量和入渗补给的关系,通过计算得出补给系数。     

平原区模拟降雨对地下水的入渗补给实验研究

降雨入渗补给是平原地区浅层地下水资源的主要来源之一，在山东省茌平县尚庄万亩地下水开发试区进行了人工模拟降雨入渗实验研究，取得了本地区降雨对地下水补给的基本数据和规律．其降雨入渗过程可分为三个阶段，即初渗、不稳定入渗和稳定入渗阶段．计算结果表明：茌平农田次降水量为100～250mm时，次地下水补给系数平均为0．25，最低为0．18，最高为0．35，地下水补给量占入渗总量的34～50％，平均41％，即入渗水量中有60％补给浅层地下水．这些实验分析和计算结果对华北平原平坦耕地有一定代表性，尤其对类似地下水理深及类型壤土的黄淮海地区，有一定的参考价值．     

确定次降雨入渗补给时段和补给量的研究

次降雨入渗补给地下水的研究，是分析降雨入渗问题的基础，又是其难点所在。由于雨后水分在土壤中有个储存和运行过程，且影响因素众多，所以，降雨量入渗补给过程滞后现象明显，多为多次过程的叠加，难以分辨出次降雨与其入渗补给相对应的时段和入渗补给量，本文根据实验资料，从动力学角度，通过土壤水势的分布状态及变化对这一问题进行分析。     

降雨入渗补给浅层地下水过程探讨

文章总结了降雨入渗补给的模式,通过分析活塞式降雨入渗、降雨入渗补给的滞后和延迟、降雨入渗优先补给等,研究了土壤不同岩性、不同埋深、不同降雨时段与不同土壤含水量条件下的降雨入渗补给过程。     

河北平原典型小流域降雨入渗补给规律研究

准确计算降雨入渗补给量是评价平原区地下水资源量的基础,传统的年补给系数法未考虑降雨特征、土壤墒情等因素影响,导致评价结果精度不高。本研究以河北平原下博和沧县运西两个典型小流域为例,采用动态分析法研究次降雨的入渗补给过程。结果显示以7 d为时间间隔适合作为划分次降雨的标准,次降雨量加土壤含水量(P+SW)与降雨入渗补给量(P_r)相关性最好,优于次降雨量(P)和次降雨量加前期雨量(P+P_a);动态分析法计算的降雨入渗补给量较传统降雨入渗系数法,精度提高22%~40%,且年补给系数法高估了河北平原区的年地下水补给量。本研究为河北中东部平原准确评价降雨入渗补给量提供了技术参考,对支撑区域的地下水合理开发利用及地下水超采综合治理具有较强的科学和实践意义。     

不同微地形条件下入渗空间变异对畦灌性能影响分析

入渗空间变异对畦灌性能影响显著。本文基于构建的畦灌数值模拟试验条件,借助二维灌溉模拟模型,针对规格不同的3类畦田系统模拟分析不同微地形空间变异程度、入畦单宽流量和坡度条件下入渗空间变异对畦灌性能的影响,讨论其影响程度与入渗和微地形空间变异程度、入畦单宽流量和坡度之间的关系。结果表明,入渗空间变异主要对灌溉均匀度CU和灌溉效率Ea产生影响,对水流恰好覆盖整个田面所需灌水量基本无影响,入渗空间变异越强畦灌质量越差。当入渗空间变异为弱变异时,在实际工作中可不考虑其影响,当入渗空间变异系数Cv大于0.5以后其影响则非常显著;入渗空间变异对畦灌性能的影响程度随微地形空间变异的变化趋势与坡度密切相关,零坡度条件下随着微地形空间变异的减小而增加,当田面平整精度较高(Sd小于2cm)且坡度为零时,其影响尤为显著,实际应用中不容忽视。     

华北平原山前至滨海区垂向渗透系数空间变异性

以华北平原山前至滨海区为研究区, 选择 8 个钻孔, 利用渗透系数反演公式和改进的 Archie 公式对渗透系数进行计算, 同时充分考虑研究区垂向渗透系数影响因素, 基于随机森林算法和时间序列算法对垂向渗透系数的空间 变异性进行研究。研究结果表明: 渗透系数在垂向上的影响因素主要为沉积环境、地层压力、随机误差三大类, ; 在剔除沉积环境和随机误差的影响后, 渗透系数随深度的增加而不断减小, 山前至滨海区渗透系数对地层压力的敏感性呈逐渐递减的趋势。研究结果可为华北平原农业灌溉、污染物迁移、垃圾填埋场选址及深层地下水资源开发等提供科学依据。     

模拟微地形空间变异对畦灌系统影响的田间验证

对不同畦块类型和畦灌人流方式,进行了田问灌溉试验.根据田间试验数据,对微地形随机模拟和二维灌溉模型的数值模拟评价方法进行验证.通过随机生成和实测的畦面相对高程模拟所得的畦灌过程和畦灌性能与田间实测结果的对比,得出基于微地形随机模拟和二维灌溉模型对畦灌过程和畦灌性能进行数值模拟具有较好的可行性和实际效果,相比而言,对水流推进时间、平均灌水深度的模拟效果较好;地表水深变化过程、灌溉效率次之;水流消退时间、灌水均匀度稍差.利用基于最小样本容量随机生成的一组畦面相对高程开展微地形空间变异性对畦灌系统影响的数值模拟评价比基于单个典型田块的实测高程数据进行评价更为合理.     

表层土壤饱和导水率的空间变异对农田水分渗漏的影响

本文将条件模拟方法所得到的表层土壤饱和导水率(Ks)的随机场与土壤水分运动模型相结合,随机地模拟了冬小麦地1999年3月10日～6月10日这一时段的农田水分渗漏情况。总来水量为 353.8mm(灌水量270mm)的情况下,2m土体水分渗漏量最小值为23.73mm,最大值达到了64.73mm,分别占此段灌水量的8.8％和24.0％。另外,比较了实测法、克立格插值法和100次条件模拟得到的水分渗漏量结果,发现条件模拟法与实测法的结果较接近,而克立格插值法具有明显的“平滑效应”,缩小了农田水分渗漏量的范围。这3种方法均反映了表层土壤Ks空间变异对农田水分渗漏的影响,其结果均要好于传统方法。     

畦面微地形空间变异性分析

基于大量畦田实测数据,利用半方差方法分析各类畦块的田面相对高程空间变异结构特征,评价畦块几何参数与田面相对高程空间变异特征参数间的相关性,提出采用球状模型描述田面相对高程空间变异函数和估算空间变异特征参数的方法。结果表明,畦块几何尺寸和田面相对高程测点间距是影响田面相对高程球状半方差函数变程的重要因素,田面相对高程标准偏差和田面相对高程测点间距则对该函数基台值和块金值产生明显作用和一定影响。对任意已知规格的畦块,可基于5～10m测点间距范围内获得的相对高程标准偏差值并参考本文提出的估算公式,得到利用球状理论半方差函数描述各类畦块田面相对高程空间变异特征的经验参数估值。     

水盐空间变异性监测的条件模拟

本文用地质统计学的条件模拟(CS)理论对24hm2实验区的水盐监测系统，进行了两种田间尺度空间变异性的模拟，与普通Kriging(OK)法估计比较：CS的模拟方差接近实验值并可较好地揭示水盐特性空间变异的波动过程，在掌握一定距离若干控制点的采样后，可以较少钻孔模拟孔间的空间变异规律及其离散性，有突出优点；但模拟值不如OK估计能平均的接近实验值，研究认为CS和OK法各有优缺点，在水盐监测时，模拟和估计因目标不同，必须结合使用。     

土壤可蚀性因子空间变异表述系统研究及应用

为推动我国土壤侵蚀预测预报技术的发展,利用ArcGIS Engine二次开发的优势,构建了基于ArcGIS平台的土壤可蚀性因子空间变异表述系统。该系统具有快速、简洁加载空间数据并对空间数据进行空间插值分析、精度验证以及要素空间变异表述等特点。可对土壤因子进行高效查询和分析研究,提高土壤侵蚀研究的科学性、准确性,使防止水土流失工作的规划、管理和决策更加科学化、数字化,具有较大的应用潜力。     

考虑土性参数空间变异性的单桩竖向承载力分析

岩土体是自然界的产物,其性质具有较大的空间变异性。在已有土体随机场模拟研究成果基础上,考虑了土体强度参数的变异系数和相关距离,通过数值方法研究了竖向荷载作用下土体空间变异性对桩基础承载力的影响。结果表明,考虑土体空间变异性后,桩基承载力的中值都小于确定性分析得到的桩基承载力;随着变异系数和相关距离的增大,桩基承载力的不确定性越来越大,实际工程中需重点关注土体参数变异性大的工况。考虑土体强度参数空间变异性的桩基竖向承载力分布规律可以用对数正态分布曲线来描述,当样本数足够多时,可依此获取任一荷载下桩基础的失效概率。     

焉耆盆地绿洲区承压水硝态氮含量空间变异研究

基于GIS与地统计学原理,使用Arc GIS地统计分析模块研究焉耆盆地绿洲区承压水硝态氮的空间变异情况。结果表明:灌溉水硝态氮数据服从对数正态分布,块金效应值为1.16,变程为0.198 km,空间相关性较弱;饮用水硝态氮数据服从对数正态分布,块金值为0.26,变程达1.58 km,空间相关性较强;承压水硝态氮数据同样服从对数正态分布,块金效应为0.53,变程为0.138 km,空间相关性中等;采用克里格插值方法绘制了承压水硝态氮含量分布图,可更直观地了解研究区地下水硝态氮分布。     

水平畦田微地形空间变异性对灌溉系统的影响

基于畦灌数值模拟试验设计,在考虑随机生成的畦面相对高程最小样本容量值的基础上,借助数值模拟手段分析微地形起伏幅度Sd及其相应的起伏位置空间分布差异对宽畦灌溉系统的影响,以评价微地形空间变异性对畦灌质量的作用。结果表明,微地形起伏幅度增大对水平畦灌性能的影响较为显著,它使平均深灌水深度明显增大,灌溉效率和灌水均匀度显著降低。另一方面,微地形起伏位置空间分布差异对水平畦灌性能的影响取决于相应的微地形起伏幅度,Sd≤4cm下的微地形起伏位置空间分布差异对畦灌性能影响的程度较小,而Sd>4cm后的影响程度逐渐增加。