地下水渗流补给-内源释放耦合作用下河流水质不确定模拟

针对河流-地下水环境系统的模糊性、不精确性及随机不确定性,采用梯形模糊数描述和表征河流水文、水质及水文地质参数,构建了集成地下水渗流补给与内源释放耦合影响的一维河流水质模糊模拟模型.在此基础上,就地下水渗流补给与内源释放的可能组合,设置5种情景,分别进行水质模拟,并对计算结果进行分析、对比.实例研究表明,对地下水渗流补给与内源释放耦合作用下的河流水质衰减变化规律,梯形模糊数有较好的模拟效果.     

Effects of land use change and water reuse options on urban water cycle

The aim of this article was to study the effects of land use change and water reuse options on an urban water cycle. A water cycle analysis was performed on the Goonja drainage basin, located in metropolitan Seoul, using the Aquacycle model. The chronological e ects of urbanization were first assessed for the land uses of the Goonja drainage basin from 1975 to 2005, where the ratio of impervious areas ranged from 43% to 84%. Progressive urbanization was identified as leading to a decrease in evapotranspiration (29%), an increase in surface runo (41%) and a decrease in groundwater recharge (74%), indicating a serious distortion of the water cycle. From a subsequent analysis of the water reuse options, such as rainwater use and wastewater reuse, it is concluded that wastewater reuse seemed to have an advantage over rainwater use for providing a consistent water supply throughout the year for a country like Korea, where the rainy season is concentrated during the summer monsoon.     

降雨入渗条件下双层非饱和土边坡渐进性破坏数值分析

为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理，提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型，使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化，进而更加清晰明了地阐述非饱和土边坡的破坏机理。以2层不同湿密度的非饱和砂土边坡的模型实验作为研究对象，采用所提出的数值计算方法对不同降雨强度(50、100 mm/h)与双层坡角(59°和68.3°)等4个工况进行了数值模拟分析。与试验结果对比可知，数值模拟结果可以很好地再现试验观测现象，包括不同工况下的孔隙水压力变化、破坏时间。计算结果表明：1)由于2个土层的透水系数有所差异，水在2个土层之间的水分迁移较为缓慢。2)坡角越小(59°)或者降雨强度越小(50 mm/h),边坡破坏所需要的时间越长。3)在降雨过程中塑性破坏是从边坡左侧的坡趾附近开始，逐渐延伸至坡顶，最后形成一条贯穿整个边坡的塑性剪切带。4)边坡左侧的土体整体沿着滑动带向下滑动。在降雨强度较大(100 mm/h)的情况下，边坡滑动的规模相对较小。     

鄱阳湖湿地土壤-植物-地下水稳定氧同位素组成分析

近年来,鄱阳湖水位持续走低,极端干旱事件频繁发生,湿地生态系统结构与功能遭受破坏。为此,于2014年鄱阳湖湿地保护区两个断面分层采集0~100 cm土壤,并采集优势种植物和河湖水以及地下水数据,运用稳定同位素技术,分析了土壤-植物-河湖水-地下水稳定同位素变化特征,并探寻它们之间的补给关系。结果表明,两断面土壤水氧同位素变化范围分别为–10.48‰~–5.23‰和–12.39‰~–6.55‰,算术平均值分别为–8.36‰和–8.63‰。断面一表层(0~30 cm)土壤水氧重同位素较富集,且随深度增加而减小;断面二表层(0~40 cm)土壤水中氧同位素组成基本无变化。断面一的地下水主要是受降水补给,断面二可能是受降水和河湖水共同补给。鄱阳湖湿地两断面优势种植物虉草叶片水的氧同位素值最大,为–0.9‰,其次是灰化苔草和芦苇,分别为–4.23‰和–5.25‰。     

紫色丘陵区不同弃土弃渣下垫面入渗特征及影响因素

采用环刀法研究了紫色丘陵区不同碎石含量弃土弃渣下垫面的入渗特征及影响因素.结果表明,不同弃土弃渣下垫面入渗性能随碎石含量的增加而差异显著,其中,碎石含量为40%的弃土弃渣下垫面初始入渗率、稳定入渗率及平均入渗率分别是土质弃渣下垫面的1.30、1.13和1.54倍.不同下垫面初始入渗率和稳定入渗率与弃渣初始含水率、容重呈显著负相关,与下垫面总孔隙度、非毛管孔隙度呈显著正相关.其中,初始入渗率与初始含水率相关系数在-0.689~-0.912之间,稳定入渗率与容重相关系数为-0.745~-0.999,且稳定入渗率随非毛管孔隙度增加而显著提高.Horton模型对不同弃土弃渣下垫面入渗率与时间拟合的可决系数在0.899以上,且Horton模型计算入渗率与实测入渗率的相对误差在0.07%~6.60%之间,是紫色丘陵区分析不同弃土弃渣下垫面入渗过程的适宜性模型.研究结果可为紫色丘陵区弃土弃渣水土流失量预测和评价提供技术参数.     

暴雨致灾机理分析及预测模型构建

台阶边坡、路堑边坡等地常选用乔木作为护坡植物,而降雨易影响乔木的稳定性,进而影响其护坡效果。提前预测降雨对乔木稳定性的影响,则可及时预判边坡失稳、泥石流等灾害的发生。以非饱和土体力学特征和乔木根系固土机理为基本理论依据,分析失稳原因并建立相应理论模型;基于多种降雨方案,利用数值模拟得到不同降雨情况对乔木稳定性影响的相关数据;然后以模拟结果作为训练样本,利用BP神经网络构建预测模型,并制定相应的分类预警评判指标。研究表明：此预测模型不仅精度高,相比于数值模拟计算速度可提高数万倍,此成果可为灾害防治及预警工作提供参考。     

黄土丘陵区不同土地利用类型下生物土壤结皮的入渗效应

为揭示黄土丘陵区BSCs(生物土壤结皮)的入渗特征,以甘肃省定西市安家沟小流域为例,选择荒草地、沙棘灌丛和油松林3种典型土地利用类型进行采样,采用环刀模拟法研究不同土地利用类型下苔藓结皮和地衣结皮对水分入渗的影响. 结果表明:①不同土地利用类型下的2种BSCs均明显减少初渗速率和达到稳渗所需时间,初渗速率降幅最小值、最大值分别出现在油松林、荒草地下地衣结皮;荒草地、沙棘灌丛苔藓结皮稳渗速率相对裸土分别增加2.4%、10.0%,而二者地衣结皮明显降低稳渗速率,降幅分别为45.2%和55.0%,油松林下苔藓结皮和地衣结皮稳渗速率均增幅为18.2%. ②苔藓结皮在3种土地利用类型下均促进土壤水分入渗,其入渗量调控率在荒草地、沙棘灌丛和油松林下分别是1.0%、10.0%和0.7%;而地衣结皮在荒草地和沙棘灌丛下明显阻碍水分入渗,其入渗量调控率的绝对值分别为43.9%和50.0%,在油松林下的入渗量调控率则为16.5%. ③Horton模型对生物土壤结皮入渗过程拟合效果最好,较适于描述本区具有生物结皮覆盖的土壤入渗特征.      

再生水补给城市河湖水生态系统构建及管护技术体系研究应用—以圆明园为例

提出了"再生水水源补给城市河湖水生态系统构建及管护技术体系",并在圆明园开展了推广应用,设计建设了近70 hm2再生水水源补给城市河湖水生态系统构建及管护示范区.结果表明,该技术可有效改善水体景观、水质及水生态状况:浊度明显降低,示范区浊度大多小于3NTU(饮用水浊度国家标准1NTU),感官效果明显优于修复前;总磷平均...     

非饱和带柴油入渗实验研究及HSSM模拟

通过土柱模拟实验研究了柴油在不同含水率、不同粒径砂土中的入渗及残留特征,并采用HSSM(Hydrocarbon Spill Screening Model)模拟了柴油在含水率为6%中砂介质中的入渗过程.结果表明:随着介质含水率增加,柴油在介质中湿润锋推进速度先增大后减小,最快速度对应含水率处于相应介质最大残余含水率40%~50%范围内,残余柴油量随介质含水率增大而减小.在细砂、中砂和粗砂3种介质,柴油入渗平均湿润锋推进速度分别为0.42,0.52,0.73cm/min;平均残余柴油量分别为98.10,68.70,48.79mL. 湿润锋推进速度及残余柴油量均与介质粒径呈负相关.HSSM拟合柴油在含水率为6%中砂介质中的湿润锋推进速度为0.5832cm/min,与实验值0.5689cm/min相比,相对误差为2.51%.HSSM能较好的模拟柴油在非饱和带入渗过程,对于土壤及地下水污染预报具有重要意义.     

基于遥感解译的典型低频泥石流形成机制研究——以四川省宁南县矮子沟泥石流为例

2012年6月28日四川省宁南县矮子沟暴发泥石流,造成重大的人员伤亡和财产损失。通过对比事件前后流域的高精度遥感影像,并结合泥石流发生后野外调查情况进行综合分析。研究结果表明:矮子沟泥石流具有典型水力类泥石流的启动机制,其形成过程可分为四个阶段:①强降雨使得地表径流快速汇集,使得坡体表层土产生破坏并启动,形成坡面泥石流并汇入主沟;②具有极强侵蚀能力的坡面泥石流开始对沟床内的固体物质产生强烈的揭底侵蚀和侧蚀,使得沟床堆积体的稳定性产生破坏并启动;③沟床堆积物在受到揭底侵蚀后,从上游依次往下,形成连续性的破坏并为泥石流的形成持续提供固体物质,以维持泥石流的运动并放大其规模;④在达到海拔800 m沟口转弯处之后,由于受到地形的限制及泥石流自身的动能衰减并产生堆积,泥石流过程结束。通过对该次泥石流的物源补给过程进一步研究认为,其物源补给可分为形成泥石流流体所需的启动型物源和维持泥石流持续运动的维持型物源两类。通过对比发现,低频泥石流在启动过程中的物源补给过程具有明显的启动型物源和维持型物源两个相对微观物源补给类型及过程,可为这类泥石流防治工程的类型选择及设计提供重要的理论依据。