人工模拟降雨条件下坡面侵蚀特性的模型试验研究

工程斜坡体水土流失主要由水力侵蚀的导致,为研究土壤侵蚀的水动力过程,通过足尺模型试验,人工模拟降雨条件下不同降雨强度和坡度对坡面侵蚀特征的影响。试验结果表明,坡度由15°增大至53°、降雨强度由50 mm/h上升至100 mm/h时:①坡面初始产流时间减小,径流强度曲线以指数型增长,坡度与径流强度成负相关,这是由于雨滴打击作用致使降雨初期径流强度缓慢增长,后快速增大至峰值;②由于径流作用,径流含沙量前阶段出现短时间减小,随后恢复增大趋势,且降雨强度和坡度增幅越明显,径流含沙量越大,两者交互作用大于单指标对径流含沙量的影响程度,这是由于雨滴击溅作用加强了水流对泥沙的迁移能力,进而增大了径流含沙量,且产沙量与径流量的关系密切,径流强度直接影响产沙量的大小,两者的增长趋势成正相关;③坡面侵蚀最先产生细沟,细沟侵蚀导致产沙量快速增加,随着降雨历时的推移,侵蚀类型最终发展为浅沟、切沟,并成为侵蚀产沙的主要方式,这是由于雨滴打击作用促进了侵蚀沟的发育,增强了径流对颗粒的分选能力,从而增加了细粒土的流失。     

GJB 150.8A淋雨试验解读及淋雨试验探讨

对自然界中云滴到雨滴的转化和降雨的形成过程进行了阐述,同时对降雨过程中雨滴的形状、直径、降雨强度、终速度等的物性特点进行了分析.重点探讨了人工模拟降雨试验方法中关于雨滴直径0.5～4.5 mm、雨滴终速度9 m/s、行程、风速18 m/s等指标要求在实际试验中涉及的部分相关问题,基于对降雨过程和降雨引起的破坏机理的分析,结合淋雨设备原理和国内环境试验设备厂家现状,对现行GJB 150.8A—2009淋雨试验中的雨滴直径、雨滴终速度提出了补充完善的建议和意见.     

模拟降雨下磷石膏堆场地表径流的磷污染研究

明确磷化工企业不同形态磷元素随地表径流的迁移特征,对防控磷污染物的环境过程具有重要意义。文章通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度下(16.8、46.8、96 mm/h)磷石膏堆场中不同形态磷元素随地表径流的迁移特征。结果表明:径流中不同形态磷(TP、TDP、TPP和PO43-)含量随时间的变化具有一定规律性,即在雨水径流形成初期,各含磷污染物浓度下降迅速,并随着降雨时间延长其浓度下降速度变小,直到降雨后期(30 min以后)污染物浓度逐渐趋于平衡。其中,TPP含量的动态变化情况与TP具有高度的一致性,相关系数r为0.9。3次降雨事件均存在冲刷效应,其强弱受降雨强度、降雨量等降雨参数的影响,其中降雨事件2(降雨强度46.8 mm/h)的冲刷效应最强。     

不同降雨强度下渣土受纳场边坡地下水渗流和稳定性的数值模拟分析

城市建设活动中产生的以弃土、弃料为主的建筑渣土的大量堆积容易形成稳定性极差的渣土边坡,而降雨条件的影响使得渣土边坡更不稳定,可能产生极大的潜在危害。选取某渣土受纳场边坡为研究对象,利用GEOSTUDIO数值模拟软件中的SLOPE/W和SEEP/W分析模块,通过设计5种不同降雨强度工况,对不同降雨强度条件下渣土边坡地下水渗流和稳定性进行了数值模拟计算与分析。结果表明:渣土边坡坡体内的地下水主要从下部渗透率较大的强风化岩层中流出;随着降雨强度的增大,坡体内相应位置处的总水头和孔隙水压力逐渐升高,并且地下水水位线也逐渐升高,而渣土边坡的稳定性逐渐降低。     

模拟降雨下雨强对城市回填土草地径流系统中水量和污染物分配的影响

采用人工降雨装置,对不同降雨强度下城市回填土草地径流系统中水量和污染物的分配特征进行了实验研究.结果表明,降雨强度对径流水体及污染物变化有较大的影响.当降雨强度为16和30 mm·h~(-1)时,小区只有地表径流产生.当降雨强度为71和87 mm·h~(-1)时,小区会有壤中流产生,并且壤中流占比会随降雨强度的增加呈现先上升后下降的变化趋势,而地表径流一直占主导地位.另一方面,小区地表径流中的TSS、TN和TP浓度都随着降雨强度的增大而增加.本研究对污染物质迁移与分配的影响机制和城市面源污染的治理及相应处理措施的选择具有重要意义,并且对于地下水保护具有现实意义.     

降雨强度和坡度对喀斯特坡耕地产流和氮磷流失的影响

养分流失是造成喀斯特坡耕地土地生产力下降和面源污染的重要因素之一.本研究采用室内模拟降雨,结合模拟喀斯特坡耕地地表、地下二元水文结构,探索在不同降雨强度(30、50、70和90 mm·h^-1)和坡度(5°、10°、15°、20°和25°)下喀斯特地区坡耕地土壤氮、磷流失特征.结果表明：在30 mm·h^-1降雨强度条件下,喀斯特坡耕地产生的径流主要为地下孔(裂)隙径流.随径流从地下孔(裂)隙向下漏失的全氮和全磷流失通量分别为43.36～95.88 mg·m^-2·h^-1和2.24～6.45 mg·m^-2·h^-1.当降雨强度≥50 mm·h^-1时,地表产生径流,在径流的驱动作用下,全氮和全磷从地表发生流失.降雨强度在50～90 mm·h^-1时,随径流从地表流失的全氮和全磷养分流失通量分别为35.86～201.04 mg·m^-2·h^-1和2.26～16.80 mg·m^...     

降雨强度对洱海流域凤羽河氮磷排放的影响

降雨形成的径流携带各种陆面物质进入河流湖泊是导致水质变化的重要因素,而不同降雨强度下的河流氮磷输出特征均有所差异,因此,为阐明雨强对高原湖泊典型流域污染物排放的影响,本研究以洱海流域上游的凤羽河为研究对象,基于连续3 a(2011～2013年)的出口断面水质水量监测,分析了4种降雨强度(小雨、中雨、大雨、暴雨)对水体氮磷浓度和形态的影响.结果表明,降雨强度对凤羽河氮磷排放的影响显著,所有组分的氮和磷浓度平均值在小雨(10 mm)和中雨(10～25mm)时较低,在大雨(25～50 mm)和暴雨(50～100 mm)时较高;氨氮(NH_4+-N)(57. 14%～76. 85%)占总氮(TN)的质量分数大于颗粒态氮(PN)(23. 15%～42. 86%),溶解态总磷(TDP)(22. 73%～28. 00%)占总磷(TP)的质量分数小于颗粒态磷(PP)(72. 00%～77. 27%);不同形态的氮浓度比较为:TN NH_4+-N PN;不同形态的磷浓度比较为:TP PP TDP.     

基于标准分析军用飞机实验室淋雨试验参数设计

目的对军用飞机淋雨试验进行降雨参数设计,为军用飞机实验室淋雨试验参数设计提供参考。方法采用逐一分析,横向对比的方法,对国军标中部分与淋雨试验相关的六个标准,以及国外的三个标准,在降雨强度、雨滴直径及降雨方向等的参数设置进行分析。结果总结降雨强度设计的规律以及各标准在实验室淋雨试验设计时的作用,给出飞机水密性淋雨试验和除雨性能淋雨试验的部分降雨参数设计。结论给出的降雨强度参数符合各标准的要求,所总结的规律建立在深层理解各个标准的基础上,为军用飞机实验室淋雨试验参数设计提供了参考。     

不同降雨强度下铅在屋面径流中迁移规律的模拟研究

针对面源污染日趋严重的实际问题,研究采用模拟降雨的方式与铅同位素示踪技术,对不同降雨强度下不同来源铅(屋面累积颗粒物源与湿沉降源)在屋面径流系统中的迁移与分配特征进行了探讨.结果表明屋面径流系统中不同来源铅的行为特征受降雨强度影响较大,降雨持续时间为30 min,雨强分别为9.8、21.8、42.5、82.2 mm·h~(-1)时,屋面累积颗粒物源铅被冲刷进入径流的速率分别为0.275、0.434、0.595、1.019mg·m~(-2)·h~(-1),湿沉降源铅进入径流的速率分别为0.102、0.269、0.642、1.288 mg·m~(-2)·h~(-1).降雨强度对不同来源铅在屋面径流系统中的分配特征有显著影响.不同降雨强度下累积颗粒物源铅在屋面径流,屋面剩余颗粒物,屋面材料中的分配比例依次为(9.8 mm·h~(-1))29.0%、33.5%、37.5%;(21.8 mm·h~(-1))45.0%、19.0%、36.0%;(42.5 mm·h~(-1))61.2%、7.8%、31.0%;(82.2 mm·h~(-1))92.9%、2.2%、4.9%;湿沉降源铅相应归趋中的比例依次为(9.8 mm·h~(-1))62.6%、36.3%、1.1%;(21.8 mm·h~(-1))74.1%、14.3%、11.6%;(42.5 mm·h~(-1))90.7%、2.6%、6.7%;(82.2 mm·h~(-1))94.0%、0.5%、5.5%.     

模拟条件下农田磷素渗漏淋失特征研究

采用土柱淋溶模拟的方法,研究降雨强度、降雨量以及施用不同种类的有机肥对磷素渗漏淋失的影响。结果表明,当降雨量低于53mm的时候,磷淋失的负荷与降雨强度关系不大,但随着降雨量的增大而增大。在降雨量较高的5～8月份(水稻季)磷渗漏淋失负荷普遍较高,最高可达709g/hm2。磷渗漏淋失负荷与降雨量进行回归分析得出两者之间用乘幂关系拟合度最高,其相关系数为r=0.861**～0.962**(r0.01=0.708)。配施牛粪增大了土壤磷素渗漏淋失的迁移能力,而配施秸秆则起抑制作用,降低了磷渗漏淋失的迁移能力。     

降雨入渗下残坡积土边坡的稳定性模拟研究

针对杭兰高速公路受降雨影响显著的非饱和残坡积土边坡,考虑降雨入渗的影响,通过对非饱和土水力特征参数的试验研究,用精度较高的Van Genuchten公式拟合土-水特征曲线,得出了非饱和渗透函数的特征参数;在此基础上,将饱和-非饱和非稳定渗流分析与有限元强度折减法相结合,进行了降雨入渗渗流场与应力场的耦合分析,模拟雨水入渗引起的暂态渗流场,并将计算所得到的暂态孔隙水压力用于考虑基质吸力影响的边坡稳定系数的计算;最后根据研究区的降雨气象资料,探讨了降雨强度、降雨持时对残坡积土边坡渗流场分布、发展和稳定性的影响。该研究可为滑坡地质灾害的预防提供依据。     

SWMM模型应用于城市住宅区非点源污染负荷模拟计算

以温州市典型住宅区非点源污染为对象,基于SWMM(storm water management model)模型的模拟机理,借鉴国内外相关研究的模型参数,结合降雨径流实测数据率定模型参数,将模型"本地化",构建了基于SWMM模型的研究区非点源污染负荷计算模型,并设计了4种不同降雨情景,分析在不同降雨条件下研究区非点源污染固体悬浮物(TSS)、CODCr、TN和TP的污染负荷量及其累积变化过程.结果表明,构建的SWMM模型的模拟值可以较好地与实测值相吻合,4种污染物模拟的相对误差均小于10%.在设计的4种降雨情景下:①污染物浓度峰值出现在降雨30～40 min内,降雨强度越大,出现浓度峰值的时间越早;②高强度降雨较低强度降雨可对受纳水体造成更大的污染.      

小降雨入渗的非饱和土边坡稳定性计算方法研究

降雨易导致非饱和土边坡稳定性降低甚至失稳破坏,研究降雨作用下非饱和土边坡稳定性具有一定意义。在考虑降雨强度较小且持续时间较长的情况下,将Richards非饱和土渗流方程应用到斜坡降雨入渗分析中,通过坐标变换、吸力水头分布假设,并结合土-水特征曲线,推导出降雨入渗条件下斜坡基质吸力分布解析解;在此基础上,将斜坡降雨解析函数引入到传统Sarma法中,进而对滑坡土条进行受力分析,得出当地下水位高于潜在滑面、地下水位与潜在滑面重合和地下水位在潜在滑面之下时,斜坡稳定性系数的求解公式;最后利用推导出的公式对实际问题进行求解与验证。结果表明:当降雨强度为0时,基质吸力最大,斜坡稳定性最大;随着降雨强度的增大,斜坡稳定性逐渐降低;当降雨强度等于饱和渗透系数时,斜坡稳定性最小,且稳定性比不考虑降雨时减小了12.8%;工程实例应用显示该方法对于计算持续小降雨状况下的斜坡稳定性是可行的。     

增雨和氮添加对内蒙古草原土壤氮矿化潜力的影响

论文以内蒙古克氏针茅草原为研究对象,通过设置不同降雨强度的等量增雨和氮添加实验,研究温带草原土壤氮矿化潜力对不同增雨模式的响应以及氮添加对这种响应的影响。两个增雨处理分别是在6月和7月共增加60 mm降水和自然降雨。增雨方式是单次降雨强度分别为每次2、5、10、20、30 mm,对应的频率分别为每隔2、5、10、20和30 d一次。两个氮添加处理分别是10 g N·m^-1·a^-1和无氮添加。处理2 a后于8月采集各处理原状土样,在20 ℃和60%田间持水量下进行4周的室内培养实验,测定土壤无机氮含量,计算氮矿化潜力。结果表明：1）总体上,增雨对土壤无机氮含量和氮矿化潜力没有显著影响,但不同的增雨方式对土壤氮矿化潜力影响不同,高强度低频率的增雨有利于提高土壤氮矿化潜力;2）氮添加增加了土壤无机氮含量和氮矿化潜力,与对照相比分别提高了256%和29%;3）氮添加后,每次5 mm的低强度高频率的增雨方式显著提高了土壤氮矿化潜力。这说明,未来增雨模式的短期改变不会影响土壤供氮能力,而氮沉降则能够改变土壤供氮能力对降雨模式的响应。     

广州地区春季酸雨的物理和化学特征

对1986年春季广州地区酸雨综合观测的雨滴谱和离子成分资料表明:春季有频繁的酸雨出现,其中SO2-₄, NO-₃、NH+₄和Ca2+四种离子成分是影响雨水酸性的主要因素。由于春季降雨常是间歇性小雨,雨滴谱型窄,雨滴均方直径仅0.5mm左右,这种降雨类型有利于冲洗大气中的气溶胶粒子和污染气体。雨水酸度和电导率随降雨过程的延续而呈下降趋势。      

紫色土坡耕地氮淋溶过程及其环境健康效应

本研究通过观测3场不同降雨强度及不同施肥方式处理下氮素随紫色土坡耕地的壤中流迁移过程,并对氮素淋溶效应的环境健康效应进行风险评价,进而为控制紫色土地区氮素非点源污染及建立合理施肥制度提供科学依据.结果表明,不同降雨强度下,氮素随壤中流输出形态差异较大,溶解态氮(DN)的比重为53.74%~99.21%,其中硝酸盐(NO-3-N)的比重约为35.70%~93.65%,而在中雨强度下硝酸盐比重高达84.09%~93.65%;对于不同降雨强度,中雨强度下(降雨量为24.7mm)壤中流各形态氮素输出通量最高,总氮(TN)、DN、颗粒态氮(PN)、铵态氮(NH+4-N)和亚硝态氮(NO-2-N)输出通量分别可高达737.17、711.12、26.06、12.70和0.46 mg·m-2,而NO-3-N输出通量可高达686.12 mg·m-2,对地下水环境存在巨大污染隐患.通过对地下水氮素进行污染风险评价,表明秸秆还田能够有效缓解施肥带来的氮淋溶效应,降低地下水氮素污染风险,特别是有机-无机肥配施能有效减缓地下水污染状况,达到改善土壤肥力从而增加农作物产量的目的.     

间歇性降雨对滑坡稳定性的影响

在导致滑坡失稳的众多因素中,降雨是影响边坡稳定性的重要因素.降雨是一个随时间变化的函数,那么对边坡稳定性的评价也应是一个长期的过程.本文考虑80 d内3次降雨对四川宝兴县硗碛乡泽根一社H2滑坡稳定性的影响,并采用GEOSTUDIO中的SLOPE/W和SEEP/W模块对其稳定性进行评价,结果表明:第一次降雨对边坡稳定性的...     

不同雨强下黄土裸坡水-沙-氮磷流失耦合模拟

采用室内人工模拟降雨试验研究6种雨强3种坡度下黄土裸露坡面水沙及氮磷养分流失规律.结果表明：1）降雨强度与土壤入渗速率,坡面产流产沙量的线性拟合决定系数均大于0.8,有较好的正相关关系;2）25°黄土坡面下：NO₃^--N初始浓度较高,随降雨历时呈波动性减少,具有明显的初期冲刷效应;NH₄⁺-N初始流失浓度由90mm/h雨强下0.6057mg/L增至120mm/h的1.3076mg/L,但其浓度随降雨历时均不断减小;TN流失浓度在雨强为90,105和120mm/h时分别为0.6056,0.8011和1.3076mg/L,随雨强增大而增大;TP初始流失浓度在105mm/h时最大,90mm/h时最小,且不同雨强下TP流失浓度相互交错,不稳定;3）养分流失与坡面产流量具有较强的线性相关性,与产沙量呈显著的幂函数关系.15°坡面时,氮素流失在6种雨强下均以颗粒态为主,平均约占72%,但在雨强增大过程中,颗粒态所占比例先减少后增加;而磷素流失颗粒态所占比例均大于90%,与降雨强度和坡度均没有直接关系.     

施磷对太湖流域典型蔬菜地磷素流失的影响

采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究不同施磷水平(0,30,75,150kg/hm²)下,典型蔬菜地磷素径流流失的特征、流失形态及流失量.结果表明,不同形态磷素随降雨-径流过程的变化趋势基本一致,即初始阶段浓度大且下降速度快,,大约产生径流20min后,浓度下降变得缓慢,直到最后趋于稳定;在整个降雨-径流过程中,颗粒态磷(PP)占总磷(TP)72%～87%,是土壤磷素径流流失的主要形态.在不同施磷水平下,不同形态磷的径流平均浓度由大到小的顺序是150,75,30,0kg/hm2.利用Duncan新复极差法进行多重比较,发现在不同施磷处理下(0,30,75,150kg/hm²)下,随着施磷量的增加,径流中溶解态总磷(DTP)、溶解态无机磷(DIP)、PP和TP的流失量增加,而且增加的趋势与施磷量呈显著线性相关关系.     

基于改进Green-Ampt降雨入渗模型的花岗岩风化带边坡稳定性分析

为研究持续降雨对花岗岩风化带路堑边坡稳定性的影响,选取赣南安远至定南新建高速公路定南段花岗岩风化带路堑边坡建立地质模型,通过室内试验、资料统计分析等手段获取该边坡各层岩土体的物理力学参数,并结合区内实际强降雨工况,采用考虑排水的改进Green-Ampt降雨入渗模型,分别利用极限平衡法和强度折减法数值模拟方法对不同降雨工况下该边坡的稳定性和变形破坏模式进行分析。结果表明:随着降雨的持续,该花岗岩风化带岩土体边坡的稳定性系数逐步降低,工况一条件下降雨20 d或工况二条件下降雨18 h后,边坡的稳定性系数小于1;边坡坡体破坏从坡脚逐步向上延伸,并在坡体表面形成潜在的滑动面,而后台阶处也逐渐破坏;整体而言,该边坡的破坏模式为坡面冲刷和浅层剪切滑移破坏,高应力区集中在边坡坡脚处和各台阶处,短时强降雨情况下该边坡可能会发生整体滑移破坏。