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指流特性及其影响因素的实验研究

作　者: 李贺丽
导　师: 李怀恩；史文娟
学　校: 西安理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 水分运移过程指流影响因素实验研究
分类号: TU991.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文结合陕西省重点实验室访问学者专项计划项目，采用粗颗粒石英砂、细颗粒石英砂和西峰土三种性质不同的土壤介质开展有关水分连续供给的下渗过程、非充分水分再分布过程以及充分水分再分布过程等不同水分运移过程中指流的形成与发展实验研究。研究充分考虑了不同因素对指流形成与发育过程的影响，旨在揭示和掌握不同水分运移过程、不同土壤结构、不同施水条件、不同流体特性以及不同初始／边界条件下有关指流形成与发展的基本规律，从而为充实指流理论及指导生产实践提供必要的科学依据。论文在充分了解国内外指流研究成果的基础上，通过进行大量的系统的室内实验及对实验数据的分析处理，取得了如下主要研究成果：1、均质结构的土壤中，在连续供给水分的下渗过程、非充分水分再分布过程及充分水分再分布过程中，湿润锋的不稳定性普遍存在；一定的条件下，这种不稳性都可以发展成为指流。2、供水强度对指流发育产生的或促进或抑制的影响都是限定在一定的范围之内：当供水强度过小或过大时，湿润锋都更易趋于呈现出稳定形式，指流都不易出现。3、通过对不同的水分运移过程进行研究，结果表明土壤质地对指流发育过程产生的影响是一致的，即普遍条件下，质地较粗的土壤介质中都更易于形成指流。4、不同水分运移过程中，初始含水量的增大对指流的形态发育产生的影响均为抑制作用；但锋面的下移速度由于受指流的形态发育情况及初始含水量的双重影响，其大小变化不与其中任一因素具有单增或单减关系，是二者共同影响的结果。5、对于所研究的2种水分运移过程，质地成层（上细下粗）的土壤结构都有利于指流的形成和发展；湿度成层（上千下湿）的土壤结构能够促进连续)供给水分的下渗过程及非充分水分再分布过程中指流的发育，然而这种促进作用十分有限，影响不大；而对于前期水分下渗时土表存在积水的充分水分再分布过程，湿度成层的土壤结构对指流发育产生的影响则呈现出抑制作用。6、一定范围内，前期下渗过程中施加水量的增加对非充分水分再分布过程中指流的形态发育及进程能够产生明显的促进作用；而在充分供水条件下，其对水分再分布过程结束时指流最终的发育形态影响不大，但能够促进指流的发育进程。7、在土壤介质及其他条件一致的情况下，在充分供水之后的水分再分布过程中，对于成分单一的KNO₃溶液来说，所施加溶液的浓度越大时，指流的发育速度越快，指流的形态越明显。8、与采用浓度为7214mg／l的单一的硝酸钾（KNO₃）溶液相比，在其他条件均一致的情况下，当采用密度较小、而所含离子或化合物种类较多的自来水作为流体进行实验时，指流的发育情况更为明显。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 问题的提出  9
  1.2 指流的含义  9-10
  1.3 研究进展  10-17
    1.3.1 指流产生的物理机制  10-13
    1.3.2 指流的发育规律研究  13-14
    1.3.3 指流的影响因素  14
    1.3.4 指流模型简介  14-17
  1.4 研究意义  17
  1.5 论文研究的内容及方法  17-19
    1.5.1 研究内容  17-18
    1.5.2 技术路线  18-19
2 实验装置及土壤参数的测定  19-33
  2.1 实验装置  19-21
    2.1.1 实验土箱  19
    2.1.2 供水装置  19-20
    2.1.3 降雨模拟设备  20-21
  2.2 土壤及水分参数的测定方法  21-27
    2.2.1 土壤的机械组成  21-24
    2.2.2 饱和含水量  24
    2.2.3 饱和水力传导度  24
    2.2.4 土壤水分特征曲线  24-26
    2.2.5 扩散率  26-27
    2.2.6 非饱和水力传导度  27
  2.3 测定结果分析  27-32
    2.3.1 土壤的机械组成  27-29
    2.3.2 饱和含水率  29
    2.3.3 饱和水力传导度  29
    2.3.4 土壤水分特征曲线  29-30
    2.3.5 扩散率  30-31
    2.3.6 非饱和水力传导度  31-32
  2.4 小结  32-33
3 水分连续供给的下渗过程中指流的形成研究  33-48
  3.1 实验设计方案及基本数据  33-34
  3.2 实验结果分析  34-46
    3.2.1 水分连续供给的下渗过程中指流的形成过程  34-36
    3.2.2 供水强度对指流形成的影响  36-40
    3.2.3 土壤质地对指流形成过程的影响  40-41
    3.2.4 含水量对指流形成过程的影响  41-44
    3.2.5 层状结构土壤对指流形成过程的影响  44-46
  3.3 小结  46-48
4 非充分水分再分布过程中指流的形成研究  48-63
  4.1 实验设计方案及基本数据  48-49
  4.2 实验结果分析  49-61
    4.2.1 非充分水分再分布过程中指流的形成过程  49-50
    4.2.2 供水量对指流形成过程的影响  50-52
    4.2.3 供水强度对指流形成过程的影响  52-53
    4.2.4 土壤质地对指流形成过程的影响  53-56
    4.2.5 含水量对指流形成过程的影响  56-58
    4.2.6 层状结构土壤中指流的形成过程  58-61
  4.3 小结  61-63
5 充分水分再分布过程中指流的形成研究  63-75
  5.1 实验设计方案及基本数据  63-64
  5.2 实验结果分析  64-73
    5.2.1 充分水分再分布过程中指流的形成过程  64-65
    5.2.2 供水量对指流形成过程的影响  65-66
    5.2.3 土壤质地对指流形成过程的影响  66-67
    5.2.4 含水量对指流形成过程的影响  67-69
    5.2.5 层状结构土壤中指流的形成过程  69-72
    5.2.6 土箱尺寸对指流形成的影响研究  72-73
  5.3 小结  73-75
6 溶液浓度对指流发育过程的影响研究  75-80
  6.1 实验方案设计  75-76
  6.2 实验结果分析  76-78
  6.3 小结  78-80
7 结论  80-84
  7.1 主要研究成果  80-82
  7.2 存在问题及不足  82-84
致谢  84-85
参考文献  85-90
附录: 攻读硕士学位期间发表论文及参加的主要科研项目  90

指流特性及其影响因素的实验研究

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