非饱和带水研究的重要性及其研究方法
非饱和土与特殊土测试技术新进展
非饱和土与特殊土测试技术新进展随着工程建设的不断发展，非饱和土与特殊土测试技术在土木工程、地质工程等领域发挥着越来越重要的作用。
近年来，非饱和土与特殊土测试技术取得了显著进展，本文将分别探讨其新进展、应用现状及未来研究方向。
非饱和土是指土体中含水量未达到饱和状态，即含水率低于最大含水率的土。
非饱和土测试技术主要研究土体在非饱和状态下的各种性质，如有效应力、气体传输等。
在非饱和土测试中，气体传输机理是影响测试结果的关键因素。
气体传输包括气体在土体中的扩散和渗透，受到土体孔隙特征、含水率、气压差等因素的影响。
因此，研究气体传输机理对于非饱和土测试技术的进步至关重要。
特殊土是指具有特殊性质的土体，如膨胀土、盐渍土和软粘土等。
这类土体的性质与常规土体存在明显差异，因此在测试技术上也需要针对性地研究。
对于膨胀土，测试重点在于研究其膨胀性和收缩性；对于盐渍土，则需其盐分含量和离子交换等特性；对于软粘土，需要考察其强度和变形特性。
然而，现有的特殊土测试技术仍存在一些问题，如测试结果受环境因素影响大、测试周期长等。
因此，未来研究需要进一步优化测试方法，提高测试效率，同时加强理论模型的研究，以更好地解释测试结果。
近年来，非饱和土与特殊土测试技术取得了诸多新进展。
在非饱和土测试方面，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，非饱和土力学模型的研究逐渐深入。
新型测试设备如气体渗透仪、压力板仪等也为非饱和土测试提供了更为准确、便捷的手段。
在特殊土测试方面，研究者们针对各类特殊土的特性，研发出了一系列新的测试方法，如超声波检测、电学特性测量等。
同时，有关特殊土体本构关系和数值模型的研究也取得了重要进展，为特殊土体的工程设计和施工提供了更为准确的依据。
非饱和土与特殊土测试技术的不断进步为土木工程和地质工程提供了更为可靠的技术支持。
尽管现有的测试技术已经取得了一定的成果，但仍存在诸多挑战和问题，如气体传输机理的复杂性、特殊土体本构关系的多样性等。
堤坝中饱和与非饱和渗流计算方法研究
堤坝中饱和与非饱和渗流计算方法研究
堤坝饱和渗流与非饱和渗流计算是堤坝安全评估分析中一个重要组成部分。
堤坝饱和渗流计算是指在平衡状态下，地下水的水位与面下水的水位之间的压力关系，按照物理力学的规律，计算堤坝压力、渗流量及大量流土物质的运移。
而在堤坝对地下水进行抽取的过程中，地下水的水位较面下水位的水位低，一定会引起堤坝的非饱和渗流计算。
计算堤坝饱和与非饱和渗流，要根据堤坝地质情况，提出符合物理力学规律的渗流计算或汇流计算方法。
这包括正确的定量表达堤坝挠度，气压，喷淋保护措施及穿刺孔，以及确定合适的物理地质条件来解㲿汇流关系。
此外，计算堤坝饱和与非饱和渗流时，还要考虑堤坝侧外渗流影响。
总而言之，堤坝饱和渗流与非饱和渗流计算是一项复杂而关键的任务，对堤坝安全分析至关重要。
计算时必须考虑堤坝的地质特点，计算方法要严格按照物理力学规律，同时还要考虑侧外渗流的影响，以准确计算堤坝饱和与非饱和渗流，以检验堤坝的整体稳定性。
非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用
本文在扼要介绍了当前非饱和土力学在土材料基本特性方面的主要成果后,对进一步研究的有关问题做一些力所能及的探讨.本文的内容包括基本特 性和若干思考两个部分.
5.期刊论文 刘海宁.刘汉东.王思敬.LIU Hai-ning.LIU Han-dong.WANG Si-jing 黄河下游堤防非饱和土边坡稳定
人民长江 YANGTZE RIVER 1999，30(7) 12次
参考文献(1条) 1.Fredlund DC.Rahardjo H 非饱和土力学 1997
相似文献(10条)
1.期刊论文 姚攀峰.张明.张振刚.祁生文.YAO Panfeng.ZHANG Ming.ZHZNG Zhengang.QI Shengwen 非饱和土土力
参考文献
１ ｈ删Ｄｃ，ｆｔａＩｌａ嫡ｏＨ．非饱和土力学．北京：中国建筑工业出版社，
１９９７． 作者简介 龚壁卫 男 长江科学院土工所工程师 湖北省武汉市４３∞１０ 刘艳华女长江科学院土工所硕士湖北省武汉市４３００１０
●…，…】…，忡，一＿ 詹良通男 河海大学硕士江苏省南京市２１００％ （收ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ日期：１９９８—０９—０ｒ７编辑：车友宜）
性分析 -岩石力学与工程学报2005,24(20)
利用应力应变控制式非饱和土三轴仪进行了室内非饱和土的渗透试验和强度试验,并得出了非饱和土的渗透参数和强度参数.针对黄河下游堤防这一 典型的非饱和土边坡,采用有限单元法系统地分析了堤防非饱和土边坡在降雨和洪水作用下的非饱和渗流场特征;在此基础上应用非饱和土坡的刚体极限 平衡理论中的普通条分法对堤防边坡稳定性受非饱和渗流场变化影响的大小进行了分析与计算.结果表明,对黄河下游堤防的非饱和土边坡在降雨和洪水 条件下的分析研究具有实际意义.
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究原状土具有一定的结构性,主要以非饱和状态存在于自然界中。
与饱和土不同,非饱和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙气(气相)和液-气交界面四相体系构成的。
这四相体系的变化是影响土结构性的内因,外因(如外力或吸湿)则是通过影响内因起作用的。
因此,原状土的力学性能要比室内重塑土的复杂得多。
若采用室内重塑土的试验结果去解决实际工程问题,则可能会造成安全隐患或不必要的经济浪费。
因此,在建立非饱和土本构模型中考虑土结构性的影响具有重要的理论意义和应用价值。
本文针对非饱和原状土开展了室内试验研究和理论研究工作,并取得了以下研究成果：(1)利用Fredlund SWCC压力仪对北京市平谷新城区不同深度处的原状粉质粘土进行了室内的土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)试验研究,并考察了土体初始孔隙比对土水特征曲线的影响。
最后采用Brooks&Corey给出的土水特征曲线方程对实验结果进行了拟合和分析。
分析结果表明：孔隙比对这种原状粉质粘土土水特征曲线的进气值sα和孔隙分布指数δ的影响比较大,而对残余含水量θr的影响相对较小；(2)分别给出了Assouline土水特征曲线方程中参数ζ和υ与土体孔隙率n之间的关系式,并利用已有实测数据对所提出的关系式进行了验证,结果表明：该关系式能够较好的反映参数随孔隙率增加或减少的变化规律；将所给出的关系式与Assouline (1998)所给出的土水特征曲线方程相结合,给出了七种不同土(包括原状粉质粘土)的预测结果和实测结果的对比,结果表明：本文所给出的方法对这七种土都能给出比较好的预测结果；(3)在Desai提出的扰动变量的基础上提出了适用于描述非饱和土结构性劣化的耦合扰动状态变量的概念,该扰动变量可表示为吸湿扰动变量和外力扰动变量的函数。
给出了耦合扰动变量的演化方程,方程中定义了新的结构性参数衰减指数α和峰值强度因子β。
非饱和渗流分析方法
非饱和渗流分析方法
非饱和渗流分析是一种实际应用十分广泛的土壤水文学分析方法，它是采用Richards方
程分析非饱和状态下的水份与气压以及土壤参数的短时间动态变化的过程，以应对非常多
的现实情况，比如暴雨、流域建设、水资源利用以及土壤污染等，为解决问题提供有用信息。
非饱和渗流分析是一种常见用于水文学研究的建模方法，并在更具体的研究中也有过应用。
它结合使用Richards方程来探究和分析土壤水份的动态变化过程以及其影响因素，这对
于理解和掌握各种现象的本质非常重要。
除此之外，该方法也可以模拟各种细节，例如不
同土层的变化、地下水的移动、渗漏的水量等。
此外，非饱和渗流分析也可以用来预测指定区域水源的变化，这在水资源及建设规划中具
有重要意义。
预测结果根据具体地质条件不同，可区分出可能的详细分布，有助于更有效、更精确地管理水资源和水文工程建设。
非饱和渗流分析是综合性的水文学研究方法，是多学科融合的典范。
它可以帮助我们了解
不同土壤条件下水分的变化特征，从而更好地评估水的保留和调节能力，为科学管理水资
源提供合理的建议。
非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究的开题报告
非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究的开题报告题目：非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究研究意义和目的：非饱和带是土壤中水文学上一个重要的区域，其水分运移对水土保持和水资源管理有着重要的影响。
而冻结期是非饱和带中一个重要的时段，其特殊的水文过程和水文特征对于农业生产和自然环境的影响也极大。
因此，开展非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究，有助于深入了解非饱和带冻结期的特殊水文过程及其影响因素，为水资源管理、水土保持和农业生产提供科学依据。
本文的研究目的是通过室内试验，探究不同冻结期土壤水分迁移特征的差异，分析关键影响因素，并提出相应的解决方案。
研究方法和步骤：1. 实验准备：选取具有代表性的土壤样品，并计算其土壤物理和水文特性参数，如土壤粒径组成、土壤含水率、土壤剪切强度等指标。
2. 室内模拟实验：建立非饱和带冻结期土壤水分模型，模拟不同温度、含水率和土壤性质下的水分迁移，并记录每一时段的数据。
3. 数据分析：对实验数据进行统计学分析，并结合土壤物理和水文特性参数进行综合分析，探讨不同冻结期水分迁移特征及其影响因素。
4. 结果总结：总结实验结果，将不同冻结期水分迁移特征及其影响因素进行综合分析和说明，提出相应的解决方案，为非饱和带冻结期水文过程和水资源管理提供科学依据。
预期成果和意义：通过本文的研究，我们预期可以得出不同冻结期土壤水分迁移特征的差异，并找出关键的影响因素。
我们可以提出相应的解决方案，针对农业生产和自然环境的需要，提供科学依据和参考，为水资源管理和水土保持提供帮助。
同时，这也会促进我们对非饱和带水文过程的研究，更加深入地了解土壤水分的动力学特征。
关键词：非饱和带；冻结期；土壤水分迁移；影响因素；室内试验。
干湿循环条件下非饱和黄土持水特性与边坡稳定性研究
干湿循环条件下非饱和黄土持水特性与边坡稳定性研究干湿循环条件下非饱和黄土持水特性与边坡稳定性研究引言：在地质工程中，黄土是一种常见的土壤类型，它的力学性质对于边坡稳定性至关重要。
然而，在实际工程中，黄土的边坡稳定性问题一直困扰着工程师。
尤其是当黄土处于干湿循环变化的环境下，其水分特性可能受到影响，并引发边坡的不稳定性。
因此，本文旨在研究非饱和黄土在干湿循环条件下的水分特性对边坡稳定性的影响。
第一部分：非饱和黄土的持水特性非饱和黄土是指土壤处于部分饱和状态，即土壤内同时存在液态水和气态水。
非饱和黄土的持水特性是指非饱和黄土在干湿循环条件下的水分吸附、脱附以及渗透性能等特性。
采用试验室吸附曲线法对非饱和黄土的持水特性进行研究，通过浸泡试验和剪切试验探究干湿循环条件下非饱和黄土的吸附脱附特性以及渗透性变化。
第二部分：黄土边坡的稳定性分析黄土边坡的稳定性分析是指确定边坡对于外力作用的抵抗能力，以判断边坡是否具有稳定性。
采用平衡法和有限元分析法分别对黄土边坡的稳定性进行研究。
在干湿循环条件下，通过改变黄土的水分含量，研究边坡稳定性的变化规律。
第三部分：实验研究为了探究非饱和黄土在干湿循环条件下的水分特性对边坡稳定性的影响，设计了一系列试验。
首先，采用稠度试验确定试样的最佳含水量，并对试样进行分层压实。
之后，进行吸附曲线试验和剪切试验，测试非饱和黄土的持水特性以及剪切强度的变化。
最后，采用室内边坡模型试验，模拟干湿循环条件下的边坡稳定性，观察并分析边坡的变形和破坏形态，以及边坡稳定性的变化规律。
第四部分：结果与讨论实验结果表明，在干湿循环条件下，非饱和黄土的持水特性发生了显著的变化。
随着黄土的干湿循环次数的增加，黄土的吸附能力降低，脱附能力增强。
此外，黄土的渗透性也发生了明显的变化。
边坡模型试验结果显示，黄土边坡在干湿循环条件下，其稳定性出现了较大的变化。
边坡的变形和破坏形态也与水分状态密切相关。
结论：在干湿循环条件下，非饱和黄土的持水特性对边坡稳定性具有重要影响。
非饱和土混合物理论及其应用
非饱和土混合物理论及其应用非饱和土混合物理论及其应用一、引言非饱和土是一种特殊的土壤，其水分状态处于干燥和饱和之间，其力学性质和水文特征与饱和土有着明显差异。
非饱和土的研究从20世纪中叶开始逐渐兴起，并取得了许多重要的成果。
本文将探讨非饱和土混合物理论及其应用。
二、非饱和土力学特性非饱和土的力学特性是研究非饱和土混合物理论的基础。
非饱和土的力学特性受到水分含量、固结度和应力状态等因素的影响。
常用的非饱和土力学参数有吸力、孔隙比、压缩指数等。
非饱和土的吸力是指土壤颗粒间的毛细管吸力。
吸力的变化会改变非饱和土的力学特性，如颗粒间压实程度、水分运移等。
孔隙比是非饱和土中孔隙空间与固相体积之比，它与土壤的压缩性和透水性有关。
压缩指数是非饱和土在排水条件下压缩变形的特征参数，反映了非饱和土的固结性能。
三、非饱和土水文特征非饱和土水文特征是非饱和土混合物理论中的重要内容。
非饱和土的水分状态是非饱和土水文特征的核心概念，反映了非饱和土内部的水分分布情况。
非饱和土的水分状态可用于描述吸力与含水量之间的关系。
常见的非饱和土水分状态有干燥、湿润、饱和和过饱和。
其中，干燥状态表示土壤含水量较低，吸力较高；湿润状态表示土壤含水量较高，吸力较低；饱和状态表示土壤内部所有孔隙全部被水填满；过饱和状态表示土壤内部含有过多的水分，其中一部分为游离水。
四、非饱和土力学与水文特性的试验研究方法非饱和土混合物理论的应用需要基于试验研究来得到真实可靠的数据。
常见的非饱和土试验方法有压缩试验、渗透试验、吸力试验等。
压缩试验用于研究非饱和土的压缩性质，通过加载非饱和土样品并测量其变形，得到压缩指数等力学参数。
渗透试验用于研究非饱和土的透水性质，通过施加一定压力差使水流经过非饱和土样品，测量水流速度和吸力，得到透水性参数。
吸力试验用于研究非饱和土的吸力特性，通过测量非饱和土样品中的吸力值，得到非饱和土的吸力-含水量关系。
五、非饱和土混合物理论的应用非饱和土混合物理论在实际工程中有着广泛的应用。
非饱和带水研究的重要性及其研究方法
第!!卷第"期!##$年%!月西北水力发电&’()*+,’-*’)./012./34)’1,15.)657’01)89:;!!<9;"================================================================>?@;!##$文章编号A%$B%C D B$E F!##$G#"C##!E C#H非饱和带水研究的重要性及其研究方法王永义F山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站I山西太谷#H#E##G 摘要A如何保持和利用非饱和带中的土壤水对农J林J牧生态系统具有重要意义K非饱和带水分运移规律的研究对L四水M转化研究J节水研究J地下水资源的形成与损失研究等提供了可靠的理论依据K在阐述非饱和带水观测研究重要性的基础上I依据太谷均衡实验站!#年来的观测实验经验I介绍了非饱和带水的研究方法K关键词A非饱和带N重要性N研究方法中图分类号AO8$%%;!文献标识码AP地表以下潜水面以上的岩层部分称为非饱和带I其间所储藏或运动者的水称为非饱和带水K非饱和带水F亦称土壤水G是地球水体自然循环F大气水J地表水J非饱和带水J地下水G中的重要组成部分I是地下水与大气水J地表水相互联系的必经通道I通过它可以实现三水之间的相互补给与转化K非饱和带水是农作物生长的主要水源I是农作物生产效益的主要制约因素之一I在针对农作物的水环境研究J地下水资源研究J农业节水研究及水资源利效率研究中都具有十分重要的意义KQ非饱和带及非饱和带水的特性地下水面以下的岩层空隙被水充满I被称为饱和带K地下水面以上的岩层空隙有水和气体共同存在I称为非饱和带I其间的水分存在状态要复杂的多K从其垂向特征来看可分为三层A其底部F地下水面以上至毛细上升顶部G为由毛管作用与地下水面上升所支持的毛细水带N其顶部为植物根系发育层I亦即种植土壤层I为土壤水带N二者之间为中间带K土壤水带的厚度一般在%米以内I 毛细水带的厚度依其含水层岩性不同而不同I 一般在%R左右I中间带的厚度则由地下水埋深F或非饱和带厚度G所决定K非饱和带水的存在形式除毛细上升水外I还有岩层颗粒表面对水分的吸附所形成的结合水K 在一定条件下I岩层空隙中的水超过了吸附力和毛细力所能支持的量时I多余的水便以重力水的形式下渗补给地下水K所以I非饱和带中还存在者运动者的重力水K非饱和带可看作是一个有输入J输出J储存多项功能的水库K其输入通常是指通过地表的入渗量I等于降水入渗量F降水量减去植物截留量和地表径流量G加上灌溉用水量K其输出包括土壤表面的蒸发J植物根系的吸收及入渗补给地下水K其储存则是上述的以结合水J毛细水的形式存在于非饱和带当中KS非饱和带水的监测方法目前对非饱和带水的监测主要有两个方面I 一是从L量M F土壤含水量G的角度观测研究非饱和带水分的储存与变化I一是从L能态M F土壤水分势能G的角度定性分析非饱和带水分的运移规律K二收稿日期A!##$C%%C%"作者简介A王永义F%T$"C G I男I山西太谷人I山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站工程师I主要从事水资源研究工作K者结合则更具有可靠性和全面性!"#$中子水分仪的应用对于土壤含水量的监测%传统的烘干法具有很高的精度%但野外操作很不方便%特别是所取的点较多较深时%会带来很大的工作量!况且我们是想监测一个或多个比较深的原状剖面%要想既不扰动土壤%造成破坏性测量%又能快捷方便%存在很大难度!中子水分探测仪&图’(是利用水对快中子的减缓效应来测取土壤水分!中子水分仪由探头和脉冲计数器组成%含有放射源的探头发射快中子到周围土壤中%快中子与土壤中质量相当的氢原子核相撞使中子散射)变慢并失去能量!这样%在探测源周围的土壤中形成一个*慢中子云+%主要取决于土壤含水量的这个*云+的密度由探头中的慢中子探测器测出%并通过脉冲计数器显示其平均计数率!图’中子水分探测仪平均计数率能反映土壤含氢的多少%但还不是直接的含水量!还需要由烘干法和中子仪法配合使用进行野外标定!标定方程为,-./0121345式中-66土壤体积含水量%7%环刀法取得8/66标定曲线斜率8166实测中子仪计率81366纯水中的中子仪计率8566标定曲线在-轴上的截距!标定程的理论依是计率比&1213(与体积含水量&-(是直线相关关系!在得出了观测剖面不同埋深)不同岩性)不同土壤密度的若干条标定方程后%就可以将中子仪通过纵埋测管观测到的计数率轻而易举地经过微机处理成含水量!使用中子仪观测含水量只需在所选定的观测点按照观测深度垂直安装特用中子探测管%就可以轻松地完成测前任务!一个测点只需要’9:或;<:%节省时间)节省人力)方便快捷而不破坏土壤结构!一个剖面可以按照需要反复测量%能充分满足对非饱和带水分动态的研究!"#"土壤水分势能与负压计的应用在土壤水研究中%含水量尚不能充分说明土壤水分的运移规律及土壤水的现状对农作物生长的有效性!土壤质地不同%就会有不同的含水量指标8在含水量相同时%水也会从质地粗的向细的流动%并不是简单的由高含水量土壤向低含水量土壤流动!所以说%对土壤水分能量的研究有其必要性和重要性!*水势+的定义,从一个标准的基准位置和状态中转移极少量的水到土壤中的特定位置时%每单位量的水所需要做的功!水在孔隙介质中流动的情况下%所产生的水势能是由于重力)毛细力)吸附力及渗透压力而形成!在饱和孔隙介质中%表面势&毛细及吸附势(等于零%只存在一个水的正压力势8在非饱和情况下%把表面势看作是水的负压%这样就产生了吸力&或张力(!植物根系也是依靠吸力从土壤中吸取水分!准确地读出非饱和带土壤水分张力的微小变化%对于研究水力传导率等参数是特别重要的!由一个多孔薄膜和一个压力表组成的简单的负压计&也叫张力计%见图<(就能解决这个问题!图<=>?’型@型汞柱式负压计A<第B 期王永义非饱和带水研究的重要性及其研究方法只要将具有多孔薄膜的陶土头插入设计观测深度的土壤中!水力传导装置就会将土壤吸力传至水银压差计上!用水银柱的高度表示土壤吸力"基质势#的大小$土壤水分势能的观测研究具有如下独特的优点%"&#可表明土壤水分的能量状态!而不是简单的数量关系%土壤含水多!作物吸水容易!耗能少!养分积聚多!长势旺盛’土壤水分不足!表面势将水分紧紧吸住!作物吸水耗能多!长势就差$"(#有统一的水分指标$用土水势作为作物生长各阶段所需的含水指标!能避免由于土壤质地的不同而带来的差异$")#水分势能数值可在*水+土+植物+大气,系统中统一使用!用统一的能量尺度将土壤水与植物生长-气象因素等联系起来!综合考虑水分的循环运动!遵循水势高向水势低处流动这一原则$.非饱和带水研究的重要性./0有效利用土壤水资源达到即节水又增效的双重目的通过大量的观测研究!分析掌握不同质地-不同降雨水平年土壤水分的时空分布特征!结合不同作物各生长阶段的需水量指标!进行土壤水的有效调控!达到节水-农业增效双重目的$根据作物耗水规律和土壤水时空分布规律!调整农业产业结构与作物布局!建立相适应的作物品系$./1四水转化研究的重要一环进行*大气水-地表水-土壤水-地下水,四水转化研究!建立四水转化关系模型!揭示蒸发入渗机理!找到非饱和带水分迁移转化规律!为水资源评价计算-水资源的合理调配利用-节水增效研究服务!为农业可持续发展服务$./.实时监测!为旱情预测预报和指导农业灌溉服务通过土壤水分或土壤水分势能的观测实验!科学制定农作物灌溉频次和灌溉量!配合农村改变大水漫灌习惯!为农村经济服务$为旱情预测预报发布系统提供原始监测资料!并可为墒情指数的计算确定进行实验研究$2结语非饱和带水虽然不能象地下水-地表水那样直接被引用!但却在四水转化研究-成壤作用及植物生长等方面具有重要意义!在农牧业-林业-水利等领域越来越受到重视$在植物生长与节水灌溉研究-水资源评价计算中的*四水,转化研究等方面具有重要地位$太谷均衡实验站已拥有非饱和带监测资料&3站年!研究成果近&4项!可为土壤水的开发利用研究作出更多的贡献$参考文献%5&67/8/埃佛雷特!等/包气带水勘察和研究方法596/北京%地质出版社!&:3;/<=>?@A B @C @D E B D >F C ?G H I J F BKE G >L M J B E N @D O @BP B O E G H L E G >IQ F B >E B IR G O S>G =F I F T F A JUV W 8X Y Z [\]^"_‘a Z b ^_c d e f ]g c d f a cY h i]j d Y k Y []a Z jUa l f d m f n Y c d o f n !p a ^[cf b q f d ^r f Z l a k n l a l ^Y Z !_‘a Z b ^p a ^[c4)4344!s ‘^Z a #t u O G L E D G %p ‘fc l ^k ^v a l ^Y Z Y hn Y ^kw a l f d^Z l ‘fc Z n a l c d a l f j v Y Z f^nY hn ^[Z ^h ^o a Z o fh Y da [d ^o c k l c d f !h Y d f n l d ]!n l Y o xd a ^n ^Z [a Z jl ‘f k Y o a k f o Y \n ]n l f r /p ‘f j ]Z a r^o k a w n [Y e f d Z ^Z [l ‘f w a l f d r Y e f rf Z l ^Zc Z n a l cd a l f jv Y Z f q d Ye ^jf ad f k ^a y k f l ‘f Y d ]h Y d w a l f d l d a Z n h Y d r !w a l f d n a e ^Z [a Z j[d Y c Z j w a l f d h Y d ra \l ^Y Za Z j c k k a [f /g a n f jY Zl ‘f n ^[Z ^h ^o a Z o f Y h Y y n f d e a l ^Y Za Z jd f n f a d o ‘!l ‘f r f l ‘Y j Y k Y []h Y d l ‘f n l c j ]Y Zw a l f dj ]Z a r ^o n^Zc Z n a l c d a l f jv Y Z fw a n ^Z l d Y j c o f j^Za o o Y d j ^Z [l Yl ‘fY y n f d e a l ^Y Zf b q f d ^f Z o fa lp a ^[cf b q f d ^r f Z l n l a l ^Y Zh Y d Y e f d (4]f a d n/z >J {F L I O %c Z n a l c d a l f jv Y Z f ’n ^[Z ^h ^o a Z o f ’||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||}}}}r f l ‘Y j Y k Y []欢迎投稿欢迎订阅欢迎评刊4)西北水力发电第((卷。
非饱和带轻非水相液体污染研究进展
第２ 卷第 ３ ９ 期
２００ ７年 ９月
地 球科 学 与 环 境 学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＥａ ｔ ｃｅ ｃ ｓ ａ ｄ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｏ ｒ ａ ｒｈ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｖｒ ｎ ｎ ｏ
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杂 条 件 下 的轻 非 水 相 液 体 污 染迁 移 问 题 。
关 键 词 ：轻 非 水 相 液 体 ； 饱 和 带 ； 相 流 ；污 染 非 多 中 图 分 类 号 ：Ｘ ３ 文 献 标 志 码 ：Ａ ５ 文 章 编 号 ：１ ７ —５ １２ ０ ） ３０ ２ —５ ６ ２６ ６ （０ ７０ —３ ６０
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非饱 和 带轻 非水 相 液 体 污 Nhomakorabea 研 究进 展
李 永 涛 ，王文科 丽 ，王 晓丹 ，王
（ ． 安 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ；２ 西 南 石 油 大 学 化 学 化 工 学 院 ，四 川 成 都 ６ ０ ０ ） １长 陕 １０ ４ ． １ ５ ０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｒ ｇｈ ａ ｌ ｚｎｇ ｔ ｅ ｐ ｌ ｉｎ ｍ ｅ ｈ ｉｍ ， ｔ ａ ｌａ ｙ ｐｒ ｓ ｕｒ — ａ ｕｒ ｔｏｎ， ｔ ｅ ａ ｉ ｅ ｔａｔｏ ｓｒｃ ： ｏｕ ｎａ ｙ ｉ ｈ ｏｌｕｔｏ ｃ ａｎ ｓ ｈｅ ｃ ｐｉ ｒ ｅ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｉ ｌ ｈｅ ｒ ｌ ｔｖｅ ｐ ｎｅ ｒ ｉｎ ｃ ｅ ｆｃｅ ｅａ ｉ ｏ ｆｉｉｎｔｒ ｌｔｏｎｓ ｉ ｔ ｍａ ｈ ｍ ａ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｉｕａ ｉｎ ｆ ｌｇｈ ｎｏ ｑ ｏ ｈ ｐ， ｈｅ ｔ ｅ ｔｃ ｌｓ ｍ ｌ ｔｏ ｓｔ ｔｏ ｏ ｉ ｔ ｎ ａ ｕｅ ｕｓ ｐｈａ ｅ ｉ ｄｓ ｎ ｓ ｌ ｑｕｉ ｉ ｕｎ ａ ｕｒ ｔ ｄ ｓ ｔ ａｅ ｚ ｅ ｉ ｅ ｅ ａｒ ｏｎ ｎ ｒ ｃ ｎｔｙｅ ｓ，ｔ ｉ ａｐ ｒ ｓ ｍ ｍ ａ ｉｅｓ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｍ ｅ ｈ ｄｓ ｏｆｍ ａｎ ｐａ ａｍ ｅ ｅ ｓ， ｔ ｈｓｐ ｅ ｕ ｒｚ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｔ ｏ ｉ ｒ ｔｒ ｈｅ ｐｈｙ ｉａ ｏｃ ｓ ｎｄ ｓｃ ｌｐｒ ｅ ｓ ａ ｅ ｃ ａ ｈｅ ａ ｉａ ａ ｈ ｍ ｔ ｍ ｔｃ ｌｍｏｄ ｎ ｒ ｃ ｎｔｓ ｕ ｅ ｎ ｍ ｕｌｉ ｈａ ｅ ｆｏ ａ ｌｕ ｉ ｎ ｔ ｎｓ ｔ ｒ ｔ ｄ ｚ ｅｌｉ ｅ ｅ ｔ ｄｉｓ ｏ ｔｐ ｓ ｌｗ ｎｄ ｐｏ ｌ ｔｏｎ ｉ ｈｅ ｕ ａ ｕ ａ ｅ ｏｎｅ ｂ ｉ ｏｎ ｙｌ ｇｈｔｎ — ａ ｑｕｅ ｓ ｐｈａ ｅｌｑｕ ｄ ｏｕ ｓ ｉ ｉ ｓ，ａ ｏｉ ｓｏｕｔｔ ｅ ｍｅｒｔａ ｄ ｆｃｉｎ ｙ ｏ ｖｅ ｙ ｍ ｅ ｈｏ ｎｄ ｐ ｎｔ ｈ ｉ ｎｄ ｅ ｉ ｅ ｃ ｆｅ ｒ ｔ ｄ． Ｉ ｓ ｈ ｔｉ ｔ ｏｕｇｈ ｔ ａｔｆ ｒ ｈｅ ｔ ｄｙ ｔ ｈ ｕ ｔ ｒｓｕ ｓ ｕｌ ｏｃ ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｎ ｌ ｎｃ ｆｌ ｇ ｐｈｅ ｏｍ ｅ ｎ ｔ ｈｅ ｏｉ ｄ ｓ ｒｂ ｉ ｈｏ ｄ ｂｅ ｆ ｕ ｅ ｈｅｉ ｆｕｅ ｅ ｏ ａ ｎ ｎｏ Ｏ ｔ ｌ ｉ ｔｉ ｕｔｏｎ， ｔ ｎ ｌ ｎｃ ａｓ ｐｈ ｓ ｏｗａｒ ｓ ｈｅ ｉ ｆｕｅ ｅ ｏｆｇ ａ ｅ ｔ ｄ ｏ ｌａ ａ ｅ ｉ ｎｄ ｗ ｔ ｒｐｈａ ｅ．ｔ ｉｒ ｔｏｎ ｍ ｅ ｈ ｎｉｍ ｉ ｔｎｏ ａ ｅ ｕｓ ｐ ｓ ｉ ｄｓｕｎ ｒ ｔ ｅ ｎ — ｉｏｒ ｔ ｓ ｈｅ ｍ ｇ ａ ｉ ｃ ａ ｓ ｏｆｌ ｇｈ ｎ— ｑｕ ｏ ｈａ ｅ ｌ ｑｕｉ ｄｅ ｈ ｏｎ ｕｎ ｆ ｍ ｅｍｐｅ ａ ｒ— ｔ ｅ ｃ ｎｄ ｔｏｎ， ａ ｈｅ ｍ ｉ ａ ｉｎ ｕｒ ｏ ｉｉ ｎｄ ｔ ｇｒ ｔｏ ｍｅ ｈａ ｓ ｏｆｌｇｈ ｎ — ｑｕｅ ｓ ｃ ｎｉｍ ｉ ｔ ｏｎ ａ ｏｕ ｐｈ ｓ ｉ ｉ ｓ ｎｄ ｏｍ ｐ ｅ ｏ ａ ｅ ｌｑｕ ｄ ｕ ｅｒｃ ｌ ｘ ｃ ｎｄｉｉ ｕ ｉ ｔｏｎｓ ｓｎｇ ｆｅｄ ｔ ｓ ． ｉｌ ｅ ｔ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｌ ｄ ｉ ｏｎ ａｑ ｅ ｇｈｔｎ — ｕ ｏｕｓｐｈ ｅ ｌ ｔ ｉ ｓ； ｕ ａｔ ｒ ｔ ｄ ｚ ｎｅ；ｍ ｕ ｔｐｈ ｓ ｌ ｗ ；ｐｏｌｕ ｉ ａｓ ｋ ｕ ｄ ｎｓ ｕ ａ ｅ ｏ ｌｉ ａ ｅ ｆｏ ｌ ｔｏｎ
水-气二相流饱和-非饱和渗流场分析及其应用研究的开题报告
水-气二相流饱和-非饱和渗流场分析及其应用研究的开题报告题目：水-气二相流饱和-非饱和渗流场分析及其应用研究研究背景和目的：随着地下水资源的开采和利用，水-气二相流饱和-非饱和渗流场的研究变得尤为重要。
针对研究区域的地质条件和气候环境，探究水-气饱和度对渗流场的影响，将对地下水资源的可持续开发和利用提供理论依据。
研究内容：本研究将以某一研究区域为基础，开展以下内容的研究：1. 了解该区域的地质条件和气候环境，并通过野外实测和野外调查取得相关数据。
2. 借助理论分析和建模，分析水-气二相渗流的力学机制和规律。
3. 分析水-气饱和度对区域内渗流场的影响。
4. 基于以上分析结果，建立水-气二相流饱和-非饱和渗流场的数值模拟模型，对该区域内渗流场开展数值模拟。
5. 通过对模拟结果的分析，探究不同水-气饱和度情况下渗流场的变化规律，为地下水资源的开采和利用提供理论支持。
研究方法：1. 通过野外实测和野外调查取得研究区域的地质条件和气候环境数据。
2. 借助理论分析和建模，分析水-气二相渗流的力学机制和规律。
3. 基于以上分析结果，建立水-气二相流饱和-非饱和渗流场的数值模拟模型。
4. 通过数值模拟，对该区域内渗流场开展数值模拟。
5. 分析模拟结果，探究不同水-气饱和度情况下渗流场的变化规律。
研究意义：1. 将从理论上分析、数值模拟等方面，探究水-气饱和度对地下水渗流场的影响，为地下水资源的开发和利用提供理论依据。
2. 该研究成果可为研究区域的水资源和生态环境保护提供理论支持，为地区经济和社会发展提供科学参考。
3. 该研究还将积累并提高相关领域理论水平，促进该领域的发展。
土壤非饱和带 -回复
土壤非饱和带-回复什么是土壤非饱和带？它的特征和成分是什么？土壤非饱和带的运动方程式是什么？如何评价土壤非饱和带在土壤水分研究和农业生产中的作用？一、土壤非饱和带的概念土壤非饱和带，也称为土壤未饱和带，是指土壤中的水分不充满整个土壤孔隙空间，即土壤中存在着未饱和的孔隙，这一部分土壤就构成了非饱和带。
由于土壤饱和度不同，非饱和带的厚度也不同，在干旱环境中，非饱和带可能会非常深。
相比于饱和带，非饱和带在地下水和水分运移方面具有较为复杂的特征。
二、土壤非饱和带的特征和成分由于非饱和带中土壤的饱和度不同，所以其特征和成分也有所不同。
一般而言，非饱和带的特征主要包括以下几个方面：1.大气气体的存在：非饱和带中空气存在的比例较高，因为非饱和带上方的大气压力使得土壤中的气体可以自由地移动。
2.水分的存在：虽然含水量不足饱和，但非饱和带中的土壤仍然存在一定的水分。
3.饱和度的变化：非饱和带中土壤的饱和度随着时间和地点的变化而变化。
4.各种物质的存在：在非饱和带中也存在各种离子，化合物和有机物质。
5.土壤孔隙和颗粒的大小：由于土壤非饱和带的孔隙已经存在一定的水分，因此土壤孔隙的大小会比饱和带中的更加小。
三、土壤非饱和带的运动方程式非饱和带的运动方程式是用来描述土壤中水分运移的方程式。
其形式可以简单的表示为：∂θ/∂t = -∇·(q_v - q)其中，θ表示土壤水分含量，t表示时间，∇表示空间梯度运算符。
q_v表示空气中的水分通量，q表示水分流通量，其中水分流通量可以通过Darcy 定律来表示。
Darcy定律是描述非饱和带中水分运移的基本定律，其表达式为：q = -k_k*∇h_w其中，k_k表示非饱和带的渗透性，h_w表示水位势。
四、土壤非饱和带在土壤水分研究和农业生产中的作用土壤非饱和带的特殊性质和方程式，以及与土壤水分运移的相关机制和现象的牵连，给土壤水分研究带来了重要的帮助。
非饱和带提供了不同于饱和带的研究对象，这对于土壤水分运移机理和非饱和水力学领域的研究和探索有着十分重要的作用。
无结构土壤非饱和水分函数解析
无结构土壤非饱和水分函数解析在土壤水文学研究中，无结构土壤非饱和水分函数的解析是一项重要的研究内容，它不仅是分析土壤含水量变化的有效方法，而且在水文建模、水资源预测、植被识别以及土壤水分特性分析等方面具有重要意义。
本文综合研究历史上首次提出的无结构土壤非饱和水分函数解析方法，总结了此方法的原理和主要过程，以及这一方法应用的局限性和改进措施，提出了无结构土壤非饱和水分函数解析的成功应用。
一、无结构土壤非饱和水分函数解析的原理及过程无结构土壤非饱和水分函数解析是土壤水文学中最重要的概念之一，被称为“水分反应函数”。
它的基本原理是根据土壤的非饱和水分状态，确定土壤水分释放和吸收的一般原则，以及土壤水分动态变化的宏观特征。
按照这一原理，通过对土壤水分数据（有机质、孔隙水分、土壤孔隙度和粒状物含量）的统计和分析，建立起土壤非饱和水分动态变化的函数模型。
在分析过程中，根据土壤水分相对应的非饱和水分影响因子，求出相应的非饱和水分参数，然后建立土壤非饱和水分动态变化的函数模型。
基于此函数模型，进行无结构土壤非饱和水分函数解析，以便更好地理解土壤水分变化规律，建立非饱和水分动态过程模型以及风化侵蚀环境的成熟度分析。
二、无结构土壤非饱和水分函数解析的局限性及改进无结构土壤非饱和水分函数的解析存在一定的局限性。
它主要包括：（1）土壤有机质、孔隙水分和粒状物含量较大的情况；（2）土壤粒状物的粒径大小、孔隙度的分布范围等；（3）土壤非饱和水分容量的大小随施水量的变化而变化，因此不容易建立可靠的统计模型；（4）当有新的土壤参数变化时，模型也需要重新定义；（5）当施用量发生变化时，模型也需要重新设计。
为了克服上述局限性，提高土壤非饱和水分函数解析的准确性，应采用一系列改进措施。
首先，在建立模型时应考虑土壤有机质、孔隙水分、粒状物含量等参数，并利用它们之间的相互关系求出土壤非饱和水分参数；其次，在模型建立完成后，应对模型开展检验，根据实际情况，加以调整；最后，应对模型进行不断改进，使其适应不同的环境条件，从而更好地分析土壤非饱和水分的变化特征。
土壤非饱和导水率的测定
土壤非饱和导水率的测定
土壤非饱和导水率是衡量土壤比重、结构、养分供应和土壤水分持有能力的重要指标之一，在土壤农业工程中被广泛应用，对控制土地利用管理和水分循率利用有重要的意义。
土壤非饱和导水率的测定，可以把流压力用简单的比值表示，从而清楚地反映土壤含水量、比重和水分流失等指标。
土壤非饱和导水率的测定是以水分来调控土壤饱和状态，以产生一定的水压力。
测试采用抵抗率法，在样品移至不同水压力下，将其通过抵抗率补偿过程进行计算，以确定样品的渗透系数。
此外，在土壤非饱和导水率的测定中，空气压力也是一个重要的影响因素。
当湖水的空气压力发生改变时，将产生不同的土壤水分流失，影响其浸渍率，从而影响导水率测量结果。
总之，土壤非饱和导水率的测定，涉及多个元素，影响重要，精准度较高。
因此，测试时，应当掌握各个元素的误差，以确保精准的测试结果。
非饱和带水分特征曲线经验公式研究
～～ 一 一 ～一 一耋 ～～ 一一 ～～ 一一 ～ ～ 一 ． 一 ～
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和 含 水 率 关 系 十 分 复杂 ，难 以从 理 论 上 推 导 出确 切 的关 系 式 ，通 常 人 们 用 经 验 公 式 对 其 进 行 描 述 ， 因 此 选 用 合 适 的 土 水 特 征 曲线 经 验公 式 意 义 重 大 。本 文 对 具 有 代 表 性 的 六种 经 验 公 式 模 型 对 实 测 数 据 进 行 了 拟 合 。得 出 Ｍｃ ｅ 和 Ｂ ｍｂ （ ９ ４ 模 型 是 适 合 描 述 砂 土水 分 特 征 曲 线 的 经 验 公 式 。 ｋｅ ｕ １８） 关 键 词 ：非饱 和 带 ；水 分 特 征 曲线 ；Ｍａｌｂ ｔ ；参 数 京 ） １ 北 ，北 京 １ ０ ８ ；２ 中 国 地 质 工 程 集 团 公 司 ，北 京 １ ０ ８ ） ００ ３ ． ０ ０ ３
摘 要 ： 壤 水 分 特 征 曲线 表 示 土 壤 水 的 能 量 和 数 量 之 间 的 关 系 ，是 研 究 土 壤 水 分 的保 持 和 运 动 所 土 用 到 的 反 应 土 壤 水 基 本 特 征 的 曲 线 。它 是 研 究 非 饱 和 带 水 分 运 移 和转 化 的基 础 。 水 分 特 征 曲 线 中 的 负 压
使 非饱 和带水 分 的辽 移和 转化 过程 十分 的复杂 。 非饱 和 带 水 的 运 动 是 非 饱 和 带 营 养 物 或 污 染
物 运 移 以 及 热 运 动 的 主 要 驱 动 力 ； 水 资 源 评 价 和
之 间的关 系 ，是 研 究 土 壤 水 分 的保 持 和 运 动 所 用
ＬＩＹ ｕ ｌ ｎｇ 一 ． Ｇ Ｕ Ｏ ｎ—ｏ Ｃｈｕｎ ｙｉ 。． ＸＵ ｉ — ｎｇ Ｍ ｎ
61 非饱和带的地下水运动
吉林大学 肖长来 179第六章 地下水运动中的专门问题本章主要讲授非饱和带中的地下水运动、双重介质渗流学说、水动力弥散理论、海岸带含水层中的咸淡水界面。
§6.1 非饱和带的地下水运动在地下水面以上的非饱和带（即包气带）也有水的运动。
在许多情况下，研究非饱和带的地下水运动具有很大的意义。
例如，在地下水资源评价中，必须研究“三水”(即大气水、地表水向地下水)的相互转化，而非饱和带的地下水运动是其转化的重要环节。
入渗的水必须经过非饱和带才能到达潜水面，故研究水在非饱和带的运动，对于入渗的计算很重要。
其次，各种施加在地表的污染物将随入渗的水一起运动，经过非饱和带进入地下水中。
因此研究地下水污染时，也必须研究非饱和带中水的运动。
由于问题的复杂性，本书只介绍基本原理和基本方程。
6.1.1 非饱和带水分的基本知识1. 含水率、饱和度和田间持水量在非饱和带中，空隙空间的一部分充填了水，其余部分充填了空气。
水分和空气的相对份量是变化的。
可以用二个变量来表示水分含量的多少。
—为含水率θ，表示单位体积中水所占的体积：(6-1)式中，θ为含水率，无量纲；(V w )0为典型单元体中水的体积；V 0为典型单元体的体积。
另—个为饱和度S w ，表示岩石的空隙空间中水所占据部分所占的比例：(6-2)式中，S w 为饱和度，无量纲；(V 0) 0为典型单元体中的空隙体积。
显然，含水率θ不能大于空隙度n 。
而饱和度S w 不能大于1。
两者之间有下列关系：θ＝nS w (6-3)因为利用了典型单元体的概念，上述定义对于任一点都是适用的。
吉林大学 肖长来 180田间持水量是在长时间重力排水后仍然保留在土中的水量。
此时，水以簿膜水的形式和在颗粒接触点附近以孤立的悬挂环形式存在。
从图6-1可以看出，空隙度减去田间持水量，相当于排水空隙度，即排水时的有效空隙度。
2．毛管压力当多孔介质空孔隙中有两种不相混溶的流体(如水和空气)接触时，这两种液体之间的压力存在着不连续性。
土壤非饱和导水率机理的探讨
土壤非饱和导水率机理的探讨暖,F7J劈班璺蟮水利{未1994年12月SHUILIXUEBAO第12期土壤非饱和导水率机理的探讨王印杰王玉珉—西石广一提要/YO?本文从土壤微观结构的统计学角度出发,提出各向均一土壤孔径统计分布曲线的幂函数表达式.由此论证了土壤非饱和导水率随含水率而变的统计特征和物理机理,导出了相应函数关系.用文献【1]提供的萨疵(sarpy)壤土和吉~(Geary)粉壤土实验成果,对上述关系做了验证关蝴土壤物理学,非饱和水分运动,土壤孔径级配,统计分布,土壤导水率’农业灌溉,土壤物理,水利工程和水文产流计算等应用和研究领域,都需要知道非饱和土壤水分运动的规律,1931年理查兹(Richards)用实验证明:土壤非饱和渗流仍符合达西(Darcy)定律,并导出理查兹方程1948年蔡尔兹(Chitds>和乔治(G~orge)引入扩散率,使理查兹方程具有了扩散方程的形式:’:旦fD(们]一—aK—(O),’(1),gta=LazJa:aft,(臼)式中,D(O)=口)—,称为扩散率日为土壤容积含水率.为时间,:为距基准面a的距离,向上为正.(日)为由土壤基质或毛管作用引起的基质势,或称基横势或毛管势,(日)为土壤非饱和导水率,即沿水流方向土水势梯度椰/a=:1时的通量密度,土水势被定义为单位土壤水分所具有的势能包括基质势和重力势,即=+.实验资料表明:(日),(,D(口)都是含水率的连续增函数;且土壤在润湿和风干过程中,(口)存在滞后现象对这种变化的机理,曾有过水断面增大,渗流路径变短和瓶颈理论等文字说明,但未能给出数学表达式.所以,在应用式(1)解决土壤非饱和水分运动的各类实际问题时,通常是将问题进行简化,其中包括对,(,D(口)做出某些假设,如采用经验公式,或直接使J~K(O)一0,(0)一0表列数值关系进行迭代计算.常见的经验公式有:,.(口)=aln一日)日,(威塞尔1966)一(=AO,(加德纳1970),=(H/脚,本文于1992年5B21日收到-——78-——re=l--[(鲁)+-]~exp[一(鲁)].I1--0.014(鲁)/1一,¨3…]c1…l,(Kovaes,1981)’=.?m(3m一2)一2(1一m)LN(1一Ⅲ)’(c.中阿维里扬诺夫,l949)=Km,(A.布达戈夫斯基),=aO一,=a?exp(一c,D(o)=a?EXp(b.上面诸式中,m=(0—0,)/(日一0,)’称为有效饱和度.H=一中(/Pg,为毛管水上升高度.日,日为饱和含水率和无效含水率.为土壤孔隙度.K为土壤饱和导水率.为平均毛管水上升高度.为进气压.其余为经验参数.由此可知,提高式(1)的精度,简化计算手续,统计分布曲线的形态,不仅与土壤的基质保持着密切关系,同时还依赖于土壤的结构状态.只有同质同态下,不同切片的统计分布曲线在”土壤各向均一的假定意义上才被认为是相同的.当土壤含有水分0或充水度=0/”时,土水问出现作用力.使水质点在力的作用下发生分配一部分水被分子力吸附在土壤骨架颗粒表面,成为不受重力和毛管力影响,难于移动,不参与渗流活动的结合水,其占据的孔隙面积,与毛管孔径大小关系不大,它的作用是填塞”死角,称为无效水分.相应的充水度B=0./称为无效充水度.在土壤孔径统计分布曲线上,=的点称为无效水分临界点.多于辟的水分,则被毛管力吸持在水力半径R≤R)的孔隙中,成为宏观上非饱和土壤中的微观饱和孔晾,而R>R()的孔隙中,则没有可以自由移动的水分,除结合水外,完全由气体占据,是宏观上非饱和土壤中的微观”干燥孔隙.两者随机配置表现为宏观上土壤的非饱和.随着充水度的增加,充水的毛管即微观饱和的孔隙会愈来愈多,克气的C晾即微观干燥孔隙则逐渐减少.直至干燥孔隙完全充水,宏观上才显现饱和.因此,E,将土壤孔径统计分布曲线分为三段:无效段,充水段或微观饱和段及充气段或微观干燥段.如图1所示.充水段的孔隙是土壤非饱和时的导水通道,呈现微观饱和状态,基一79—质势应为0;充气段的L隙无水可导,基质势大小取决于R>R(功的那部分孔隙毛管力.故它们分别制约着导水率和基质势的消长现在用充水度的变化来阐明土壤非饱和导水率日)与含水率0之间的内在机理联系.r1.C列宾逊于1947年曾导出任意形状断面微细孔隙中液体层流的真实流速是:一鲁.,口”△z将压力梯度Ap/△z用势梯度代替,并记为微分式:R.一一=_?..(3J12,v为动力和运动粘滞系数,a为与孔径断面形状有关的参数.在各向均一充水度为的渗流介质中,充水的孔隙面积即有水可导的面积为(一),而不是全部孔隙n或A.在有水可导的面积中,任取垂直流线的微分面积dA—ndB,单位时间内通过d的水量为咖=?v?拈于是,由式2),(3)得通量密度:目f:～堕B:r.旭.目Jq～—j口‘‘令式中神/a01,然后积分整理,即得土壤非饱和导水率:(B):一j(B’～B:)’.∥”)令一1,则得饱和导水率:.K(1)=一ngR.i/(2c+D,ay-(1一晟.),.(5)式(4),(5)相除,得导水率的相对值:11B..㈣)一.’’…因为c>1,B,《1,≈0(可忽略不计),故导水率:‘.(=K(1)B.’(7):.其中)—?l(8)上式清楚表明:土壤非饱和导水率的大小,不仅依赖于流体粘滞性v,土壤物理特性,口,RH和孔径级配”统计特征n还随克水度的增加而加大,是充水度或含水率的非线性增函数.变域为0--K0).这种变化的机理,表面上似乎是导水面积指数(研/A或导水面积(研随充水度B的增减而线性改变的结果.但实际过程,并非如此简单.因为它不仅包含土壤水搔毛管力大小分布,渗速依水力半径二次亲增加等动态规律,同时还包括土壤L径随机分布的统计规律.是两种规律共同袁配的结.其过程是:充水度B加大一导水面积线性增加一新增面积孔隙水力_半径按的f次幂渐增一导水率依的二次幂递增.式【7)中的非线性指数,集中反映了这一过程.代表孔径随机分布的统计规律,2代表渗速与水力半径问的动态规律,1来自对礅观的求积.由式(7)可知,当土壤的饱和导水率积1)和孔径级配参数c为已知时,导水率)与充水度或含水率0的函数关系便确定.用土壤物理学方法对1)进行定量测试,一8O一不存在困难.问题是如何确定统计参数c.由于式(2)反映的不是由物理定律决定的动态规律,而是随机现象的统计规律.希望通过对土样孔径的实际观察或测试而得到它是存在困难的.可行的办法是通过对,o的对应测试结果进行代入式(2)并变形为R/R=口,以此绘制的萨庇壤土和吉里粉壤土相对.,JJ孔径统计分布曲线如图2(b).图2显示出c值随着土壤颗粒粗细或牯性不同而有明显差异.壤土较粉壤土有较小的c值.这预示随土壤牯性的增加,会使微细孔隙面积在总孔隙中的比重加大.导水性能则随之降低.当已知c和K(1)后,土壤非饱和导水率可用式(7)进行理论模拟,如图3.为避免实测饱和导水率可能存在的误差影响模拟效果,模拟过程中可把它视为能在实渊值附近进行必要调整的优选参数,而不必绝对拘泥于实测值.有时为了整体拟台最优需要,尉1)的优化结果与实测值之间,可能存在比较太的出入.如萨庇壤土1)的实测值为120era/d,优选结果l10cm/出吉里粉壤土实测饱和导水率为95cm/d,优选值是22cm/d.这种局部差异不会影响对土壤非饱和渗流规律的整体分析和认识.n一一一—奇…_.——图3萨庇壤土和古里粉壤土导水率的模捌一由图3可知,在充水度相同的条件下,粘性较大的粉壤土比粘性相对小些的壤土具有较差的导水性.产隙随机并存于一体表现出的含水特征.非饱和是普遍的,饱和是充水度为l的特殊状态.土壤非饱和导水率随含水率大小而变化的机理,不单纯是导水面积的简单改变,它还涉及因毛管力差异}起的水分在不同孔径毛管中的随机分布,单孔导水能力与水力半径的非线性关系.笔者用土壤孔径统计分布曲线做为概化这一随机物理过程的工具,力图从机理和统计学两个方面阐明其内在联系,进而建立了土壤非饱和导水率与充水度或含水率之问的函数关系.值得商讨的是式(2)亦带有经验性;上述两种土壤的模拟结论能否推而广之,还有待研究.参考文献(1)R.J.汉克斯.G.L_阿希克洛夫特,应用土壤物理水利电力出版社,1984年(2)RH布朗等,地下水研究.学术书刊出版社,t989年.1O月. Characteristicfunotionofsoilmoisture andanalyticalsolutionofrichardsequationwgY.mji.wn罟Yi”TheCeneralHydrologicalStationofShanxiProvince)AbstractFromthestatistica1microconstructionpointofvi,astafistica1distribution expressionwithpowerfunctionfromofhomogenoussoilporeisproposed;the physicalmechanismoftherelationshipbetweenthesoilmoistureandtransmi~ivityiSdemonatrationed.TheanalyticalsolutionofRichardsequationforone dimensionalhorizontalseepageflowintheconditionofwatersuppliedsuffiee ntlyandtheqvasi-analyticalsolutionforonedimensionalverticalseepageflowar ede-rived.Tberelationshipandsolutionshavebeenverifiedbyexperimentalresul tsforSarpy1oamandGeaytime-loam.Keywordssoilphysics,unsaturatedmoisturemoving,pore—sizedistribu- fioncurveinsoil,statistica1distributionofsol1water,soi1conductivity.一82—。
非饱和带水分特征曲线经验公式研究
非饱和带水分特征曲线经验公式研究李云龙;郭春颖;徐敏【摘要】土壤水分特征曲线表示土壤水的能量和数量之间的关系,是研究土壤水分的保持和运动所用到的反应土壤水基本特征的曲线.它是研究非饱和带水分运移和转化的基础.水分特征曲线中的负压和含水率关系十分复杂,难以从理论上推导出确切的关系式,通常人们用经验公式对其进行描述,因此选用合适的土水特征曲线经验公式意义重大.本文对具有代表性的六种经验公式模型对实测数据进行了拟合.得出Mckee和Bumb(1984)模型是适合描述砂土水分特征曲线的经验公式.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2010(019)008【总页数】5页(P105-109)【关键词】非饱和带;水分特征曲线;Matlab;参数拟合【作者】李云龙;郭春颖;徐敏【作者单位】中国矿业大学(北京)北京,100083;中国地质工程集团公司,北京,100083;中国地质工程集团公司,北京,100083;中国地质工程集团公司,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】S152.7非饱和带(也称包气带)中发生着各种物理的、化学的、生物的变化，存在着气相、液相等流体的流动以及各种物质成分之间的迁移和转化，加之人类活动的叠加和各种污染物质的排放，致使非饱和带水分的迁移和转化过程十分的复杂。
非饱和带水的运动是非饱和带营养物或污染物运移以及热运动的主要驱动力；水资源评价和预报需要掌握水分在非饱和带中的运动和分布规律；土壤物理、水利工程和水文计算等许多应用和研究领域都需要研究非饱和土壤水分运动规律；对土壤水分运动规律进行研究也是发展精准农业、生态农业的必要前提。
另外，土壤侵蚀、地下水污染、地下水资源评价、土壤退化、荒漠化问题、灌溉制度、土壤污染、土壤改良、径流分析、水利工程、地基基础变形等一系列理论和实际问题都与非饱和带密切相关。
土壤水分特征曲线表示土壤水的能量和数量之间的关系，是研究土壤水分的保持和运动所用到的反应土壤水基本特征的曲线。
非饱和土壤导水率的测定
张力
导水率
cm
cm/hour
-5
-20
-30
-55
Wood 公式：土壤非饱和导水率与入渗速 Gardner 公式：饱和导水率与非饱和
率之间的关系
导水率之间的关系
Ksat：饱和导水率
h:不同张力
八、实验注意事项
1、保证盘和沙子的接触情况良好； 2、测量过程中，一定要保持气泡收集管的底部和入渗盘的尼龙膜在同一个水平面上。 3、测量开始之前确保两管几间的夹子打开，负压管的夹子也打开，尼龙盘及与水塔间软管 均无气体。 4、每一次测量前都要求加水至规定的标准位置。先关闭连接软管的阀门，加水后再打开。
九、预习与思考题
测量时为什么从高的张力测量值开始？例如 15cm，10cm，5cm。
十、实验报告要求
1、除按报告纸格式要求填写外，实验数据处理中要体现原始数据，和简单的处理过程， 2、主要包括分析本实验所得结果的正确性都受何条件影响 3、对本次实验后面思考题的解释。
⑴找一个脸盆类的储水容器，拔掉入渗盘一头的连接软管接头，将盘放入容器中，抽气， 注意要将盘中的空气全部排掉。
⑵关闭连接软管中部的阀门，打开储水管顶部的盖子，往管子里加水至离顶部 5 厘米处， 盖上盖子。 操作该步骤同时提起水塔，将连接软管的接头连接到入渗盘上，打开软管上的阀门前后 晃动水塔，使软管里的空气进入储水管，然后将水塔、入渗盘放在一个平台上，注意平 台表面的清洁。 ⑶往气泡收集器加水直至离顶部 7 厘米处，最后插入气压调节管。［张力值就是通过气 泡收集器调节的，假如要测量 xcm 水张力下的导水率，就需要将压力调节管的底端调节 到气泡收集管水面下（X＋4.6）厘米处］ 每一次测量前都要求加水至上述的标准位置。先关闭连接软管的阀门，加水后再打开。 5.测量 1）除去圆环外的沙子。（用于计算导水率的有效直径沙环的直径。） 2）去掉金属环，将入渗盘放到沙子上； 3）检查盘和沙子的接触情况，保证接触良好； 4）测量过程中，一定要保持气泡收集管的底部和入渗盘的尼龙膜在同一个水平面上。 5）测量记录之前确保两管之间的夹子打开，负压管的夹子也打开，尼龙盘及与水塔间软管 均无气体。 6）需要测定不同的土壤张力，可以调节气泡收集管的压力调节管，重复以上步骤。测量时 从高的张力测量值开始，例如 15cm，10cm，5cm。
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饱 和带 。地下水 面 以上 的岩层 空 隙有 水 和气 体 共
同存 在 ， 为非饱 和带 ， 间的水 分存 在状 态要 复 称 其 杂 的多 。从 其垂 向特 征 来 看 可 分 为 三层 ： 底 部 其 （ 地下水 面 以上 至 毛细上 升顶 部 ） 由毛 管作 用 与 为 地 下水 面上 升 所支 持 的毛 细 水 带 ； 其顶 部 为 植 物 根 系 发育 层 ， 即种 植 土 壤层 ， 土壤 水 带 ； 者 亦 为 二 之 间为 中间带 。 壤水 带 的厚度 一般 在 １米 以内 ， 土 毛细水 带 的厚 度依 据其 含 水 层 岩 性不 同而 不 同 ，
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文章 编 号 ：６ １４ ６ （０ ６ ０— ０ ８０ １ ７－ ７８ ２ ０ ）５０ ２ —３
非饱和带水研究的重要性及其研究方法
王 永义
（ 山西省 水 文水 资 源勘 测局 太谷 均衡 实验站 ，山西 太谷 ０ ０ ０ ） ３ ８ ０
摘 要 ：如何保 持 和利 用非饱 和 带 中的土壤 水 对农 、 、 生 态 系统具 有 重要 意义 。非饱和 带 林 牧
１ 非饱和带及非饱和带 水的特性
地下 水 面 以下 的岩层 空 隙被 水 充 满 ， 称 为 被
量， 等于 降水人 渗 量 （ 降水 量 减去植 物 截 留量 和地 表径 流量 ） 加上 灌 溉用 水量 。 其输 出包 括土壤表 面 的蒸 发 、 物根 系 的吸 收及 人渗 补给地 下水 。 植 其储
作者简介 ； 王永义 （９ ５ ， ， １ ６一）男 山西太谷人 ， 山西省水文水资源勘测局太谷均衡实 验站工程师 ， 主要从事水资源研究
工作 。
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第５ 期
王 永义
非饱 和带水研究的重要性及其研究方法
者结 合则更具 有 可靠性 和全 面性 。
收 稿 日期 ：０ ６１ －５ ２ ０． １１
２ 非饱和带水的监测方法
目前 对 非 饱 和 带 水 的监 测 主 要有 两个 方 面 ，
一
是从“ ” 土壤 含水 量 ） 量 （ 的角 度观 测研究 非饱 和
带 水分 的储存 与 变化 ， 一是 从 “ 能态 ” 土壤水 分势 （
能） 的角 度定 性分 析 非饱 和带 水分 的运 移规律 二
很 高 的精 度 ， 野外操 作 很不 方便 ， 但 特别 是所 取的
点较多较 深时 ， 带来 很 大 的工作 量 。 会 况且 我们 是
想监 测一 个或 多 个 比较 深 的 原 状剖 面 ， 想 既不 要
到 的计 数率轻 而易举 地 经过微 机处 理成含水 量 。 使用 中子 仪观 测含水 量 只需在 所选定 的观测 点 按照 观测深 度 垂 直 安装 特 用 中子 探测 管 ， 就可 以轻 松地完成 测前 任务 。 个测点 只需要 １ 或 一 ６ ｓ ３ ， 省 时 间、 省人 力 、 便 快捷 而不 破 坏土 ２ｓ节 节 方
Hale Waihona Puke 物 生产 效益 的 主要 制 约 因 素之 一 ， 在针 对 农作 物
的水 环境研 究 、 地下水 资源 研 究 、 业节 水研 究及 农
非 饱和 带可 看作 是一 个 有输 入 、 出、 输 储存 多
项功 能的水 库 。其 输入通 常 是指 通过 地表 的人渗
水 资源利效 率研 究 中都具 有 十分重 要 的意义 。
壤 结构 。 一个 剖面 可 以按照需 要 反复测量 ， 能充分
扰 动土壤 ， 造成 破坏 性 测 量 ， 能快 捷 方便 ， 在 又 存
很大难 度 。 中子水 分探 测仪 （ １ 是 利 用水 对快 中子 的 图 ）
减 缓效应 来测 取土 壤水 分 。 中子 水分仪 由探 头和
２ １ 中子水 分 仪的应 用 ．
体 积 含水 量 （） 直线 相关 关 系 。在 得 出 了观测 是 剖面不 同埋深 、 同岩性 、 同土壤 密度 的若 干条 不 不
标 定 方程 后 ， 可 以将 中子 仪 通过 纵 埋测 管 观测 就
对 于土 壤含 水 量 的监 测 ， 统 的烘 干法 具 有 传
水分运移规 律 的研 究对“ 四水 ” 转化 研 究 、 水研 究 、 节 地下 水 资源 的形 成与损 失研 究等提 供 了可
靠的理论依 据 。在 阐述 非饱和 带水观 测研 究重要 性 的基 础上 ， 据 太谷均衡 实验站 ２ 来的 依 Ｏ年 观 测 实验 经验 ， 绍 了非饱 和 带 水的研 究方 法 。 介
关键 词 ：非饱 和 带 ； 重要 性 ； 究方 法 研 中图分类号 ： ＴＶ６ １ ２ １ ． 文献 标识 码 ： Ａ
地表 以下潜水 面 以上 的岩层 部 分称 为非饱 和 带， 其间所储 藏 或运动 者 的水 称为 非饱 和带 水 。 非
一
般在 １ｍ 左 右 ， 中间带 的厚 度则 由地下 水埋 深
（ 或非饱 和带 厚度 ） 决定 。 所 非 饱 和 带水 的存 在形 式 除 毛 细上 升水 外 ， 还 有 岩层 颗 粒 表 面对 水 分 的吸 附所 形成 的结合 水 。 在一 定条 件 下 ， 层 空 隙 中 的水 超过 了吸附 力 和 岩
毛细 力所 能 支 持 的量 时 ， 余 的 水便 以重力 水 的 多 形式下 渗补 给地 下水 。 以 ， 所 非饱 和带 中还存在 者 运 动者 的重 力水 。
饱和带水 （ 亦称土壤水 ） 是地球水体 自然循环 （ 大
气水 、 地表 水 、 非饱 和 带水 、 下水 ） 地 中的重要 组成
部分， 是地 下水 与大气 水 、 表水相 互联 系 的必经 地 通 道 ， 过 它可 以实 现三 水 之 间 的相 互 补 给 与转 通
化。 非饱 和带水 是农作 物 生长 的 主要水 源 ， 农作 是