降雨入渗过程中包气带水分运移转化机理研究

论文摘要

鄂尔多斯盆地矿产资源丰富,是我国21世纪能源接续地之一。盆地以白于山为界分为南部的黄土高原和北部的沙漠高原,沙漠高原降雨稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱,水资源成为制约当地经济发展的重要因素。已有研究表明,区域水循环以垂向交换为主,降雨入渗补给量占地下水总补给量的78.5%,而包气带是连接降雨与地下水的纽带,因此,深入研究该区降雨入渗过程中包气带水分的运移转化机理具有十分重要的意义。本文以研究降雨入渗过程中包气带水分运移转化机理为目标,以土壤水动力学理论为指导,运用数值分析、数理统计的方法,通过野外调研和室内模拟实验,确定土壤水力参数,分析降雨入渗的影响因素,再现降雨条件下水的入渗的实际过程。研究获得以下成果:1、通过自行设计的室内人工降雨蒸渗柱实验,揭示了降雨入渗的变化过程,提出了降雨条件下非饱和渗流的一维数学模型及边界条件。在室内实验模拟的基础上,进一步论证了非饱和渗流的基本规律。2、采用hydrus-1D软件对降雨条件下非饱和渗流的一维数学模型进行求解计算。从模型识别整体上来看能够较好的模拟降雨入渗过程中土壤含水率的变化过程,且误差较小,在10%左右。3、探讨了降雨入渗的影响因素。①降雨强度越大,越有利于降雨入渗,入渗的速度越大,且地下水获得的补给量越大,如雨强为3mm/min,降雨19min,在94min时水分运移到70cm处,雨强为6.92mm/min则运移到90cm处,而雨强为11.7mm/min则已经运移到了120cm处。地下水获得的补给量则分别为4.99cm、7.08cm、15.7cm。②包气带含水量越大,越有利于降雨入渗,地下水获得的补给量越多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的、意义
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 研究的主要内容、技术路线与研究方法
• 1.3.1 主要目的及内容
• 1.3.2 技术路线与研究方法
• 1.4 论文的创新点
• 第二章 降雨入渗的基本理论与实验原理
• 2.1 概述
• 2.2 单相流的基本理论
• 2.2.1 多孔介质的概念与性质
• 2.2.2 渗流基本定律
• 2.2.3 非饱和Darcy 定律
• 2.2.4 非饱和渗流方程
• 2.3 水气二相渗流的基本理论
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 水气二相渗流的一般微分方程
• 2.4 降雨入渗的基本原理
• 第三章 降雨入渗及入渗能力实验
• 3.1 实验装置简介及实验设计
• 3.1.1 实验装置简介
• 3.1.2 实验设计
• 3.2 实验准备
• 3.3 实验步骤及注意事项
• 3.3.1 实验步骤
• 3.3.2 实验注意事项
• 第四章 实验结果与影响因素分析
• 4.1 实验结果分析
• 4.1.1 不同时刻降雨入渗过程中压力水头和体积含水率的变化
• 4.1.2 降雨入渗过程中气压的变化规律
• 4.2 实验数值模拟
• 4.2.1 包气带水文地质概念模型
• 4.2.2 数学模型
• 4.2.3 数学模型的求解方法与计算域剖分
• 4.2.4 数学模型的验证及误差分析
• 4.3 降雨入渗的影响因素分析
• 4.3.1 降雨强度的影响
• 4.3.2 初始含水量的影响
• 结论与建议
• 1、结论
• 2、建议
• 参考文献
• 致谢