《渠道－層狀包氣帶－地下水系統水流演化機理與模擬》是依託中國農業大學，由毛曉敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：渠道－層狀包氣帶－地下水系統水流演化機理與模擬
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：毛曉敏
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
渠道滲漏是輸水過程中的主要損失量，也是地下水的重要補給來源，受污染渠水的滲漏會成為土壤水和地下水的潛在污染源。渠床土壤一般呈水平層狀分布，且土層特性可能差異較大，入滲過程與均質土呈現很大差別。通過針對典型層狀土的室內土柱、土槽試驗和野外渠道滲漏試驗，分析土層結構特性、初始土壤含水率、入滲水頭等對入滲強度、水流形態、地下水動態等的影響，探討粗質土層內指流的觸發機制和發育特點。分析歸納層狀土入滲強度計算公式，檢驗基於達西定律的飽和－非飽和土壤水運動模型模擬層狀土入滲的誤差和可行性。建立指流發育區的雙孔隙優先流模型，初步建立層狀包氣帶穩定區（指流未發育區）－不穩定區（指流發育區）耦合的水流演化模型。旨在掌握渠道－層狀含水層－地下水系統中水流演化的基本規律，了解水流運動中產生時空不確定性的內在機理、定量描述和模擬方法，為農業節水、地下水資源評價和水污染控制提供理論依據。
結題摘要
渠道滲漏的研究對於農業節水和生態水文具有重要意義。渠床土壤一般呈水平層狀分布，且層間差異較大，這種層狀結構可能對入滲產生很大影響，使以往均質土入滲的研究成果不再適用.本研究通過室內外試驗、理論分析和數值模擬，對渠道、層狀結構包氣帶和地下水系統的水流演化規律進行了研究，主要成果體現在： （1）根據典型層狀土的室內土柱和土槽渠道滲漏試驗，分析土層結構特性、初始土壤含水率、入滲水頭等對入滲強度、濕潤鋒行進的影響，提出了計算層狀土穩定入滲率的飽和層最小通量法和半理論半經驗的S-Green-Ampt模型，驗證了基於經典Richards方程的數值模型模擬層狀土入滲過程的可靠性；（2）根據室內土槽積水入滲染色示蹤試驗，對上細下粗（且不同粒徑）層狀結構土壤入滲過程中的水分運動和指流形態的觀測結果進行觀測和染色示蹤，研究了下層土壤粒徑對指流觸發的影響，採用分形理論對指流形態的發育指標及其與主要影響因素的關係進行定量分析描述。結果表明，下層粗質土粒徑對指流形態有很大影響，其粒徑越大，越容易出現區分性明顯的指流。且相同時刻的分形計盒維數隨下層粗質土粒徑的增大而減小。隨著入滲的推進，計盒維數逐漸增大趨向於平面維數2；（3）根據不同防滲措施下渠道滲漏過程、渠道對地下水補給規律的現場試驗監測，結合數學模型分別模擬分析了地下水淺埋情況下渠床土層結構對渠道入滲補給地下水比例的影響、以及深埋情況下渠道防滲措施以及渠床土層結構對渠道水分入滲強度和土壤水分剖面動態的影響。試驗和模擬表明，渠道滲漏隨地下水埋深的增加而增加,上層渠床土壤飽和導水率的增加顯著增加對滲漏量及其對地下水的補給比例。渠道滲漏受渠道襯砌形式和渠床下土質特性的綜合影響，當渠床附近土壤呈壓實和弱透水特性時，其對渠道滲漏的影響甚至超過渠道襯砌類型產生的影響，成為影響渠道滲漏的控制性因素；（4）結合設定不同防滲層的大型土柱積水入滲試驗，分析了防滲層作用下包氣帶水分入滲和溶質運移，初步建立了雙孔隙優先流水流運動和溶質運移模型，結果表明該模型用來分析具有防滲構造的層狀包氣帶中耦合穩定區－不穩定區（指流發育區）的飽和－非飽和水分運動和溶質反應運移具有一定的可靠性。研究結果可為農業節水、地下水資源評價和水污染控制提供理論依據。依託本項目發表論文8篇，其中EI收錄6篇，SCI收錄1篇。結合本項目培養博士生2人、碩士生6人。
