乔灌篱沟蓄坡面降雨入渗产流系统水分运动研究

【摘要】在我国西北地区水土流失十分严重,不但存在水蚀,而且风蚀也十分严重,已经严重影响该地区农牧业生产。针对西北地区水蚀和风蚀都十分严重的现状,孙西欢教授提出了乔灌篱沟蓄法,该法可以有效的控制包括水蚀和风蚀在内的坡面土壤侵蚀,是一种适用于山西北部水土流失较为严重地区坡面水土流失治理的新方法,同时也是将水土保持工程措施和生物措施相结合的一种新的水土流失治理方法。本文采用试验与数值模拟相结合的研究方法,对乔灌篱沟蓄坡面降雨入渗产流系统运动进行研究,主要研究结果如下。(1)在自行研制的乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动试验装置的基础上,进行了乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动试验研究,结果表明水平和垂直湿润锋推进距离随着入渗时间的增大而增大,湿润锋的推进速度随着入渗时间的增大而减小,并且水平湿润锋和垂直湿润锋的推进距离与入渗时间有显著的对数关系；乔灌篱沟蓄沟道土壤水分在水平方向不同时间土壤含水率的分布趋势一致,均随着水平距离的增大而减小,入渗时间越长,土壤水分湿润的范围越大；在垂直方向不同时间土壤含水率分布趋势亦一致,均随着距蓄水沟沟底距离增大而减小,不同时间,土壤湿润范围不同,时间越长湿润范围越大。(2)根据乔灌篱沟蓄沟道土壤水分特点和土壤水动力学原理,建立了乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动二维数学模型,采用迦辽金有限元对二维土壤水分运动非线性偏微分方程进行求解,并采用试验结果对其进行验证,结果表明利用该方法进行模拟计算乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动过程是可行的。同时对不同入沟水量、沟底宽度、初始含水率、水平贮水管直径和水平贮水管埋深条件下乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动进行模拟计算,结果表明乔灌篱沟蓄沟道土壤水分二维分布规律一致,均是以蓄水沟和水平卧管为中心向四周扩散,距蓄水沟和水平卧管越远,土壤含水率越小；入沟水量越大、沟底宽度越大、初始含水率越大、水平贮水管直径越大和埋深越深,乔灌篱沟蓄沟道土壤水分湿润范围也越大；乔灌篱沟蓄沟道土壤水分二维分布可采用指数函数描述,其相关系数均在0.9以上。(3)在分析乔灌篱沟蓄坡面降雨入渗产流特性的基础上,建立了由模拟坡面产流的运动波模型和模拟坡面和沟道土壤水分运动的二维土壤水分运动方程组成的乔灌篱沟蓄坡面降雨入渗产流系统水分运动模型,并采用有限单元法对其进行求解。该模型同时考虑了坡面降雨产流和坡面水分入渗过程,二者采用强耦合模式进行结合,能同时模拟出坡面产流过程和坡面和沟道土壤中运动过程。并采用试验资料对模型进行研究,结果表明模型计算的径流过程和实测值吻合较好,计算和实测径流量之间的误差比较小,最大不超过10%,由此可见本模型可以用来模拟坡面降雨产流过程。(4)运用乔灌篱沟蓄坡面降雨入渗产流系统水分运动模型,对不同坡度、糙率、前期土壤含水率、雨强和雨量条件下坡面产流进行分析,结果表明坡度越大,坡面产流量越大；坡面糙率越大,产流量越小；前期土壤含水率越大,坡面产流量越大；降雨强度越大,坡面产流量越大；降雨量越大,坡面产流量也越大。坡面产流量与坡度、糙率、前期土壤含水率、雨强、降雨量呈显著乘幂关系,相关系数均在0.9以上。
【作者】杜咏梅；
【导师】孙西欢；
【作者基本信息】太原理工大学，水力学及河流动力学，2014，博士
【关键词】乔灌篱沟蓄；有限元；数值模拟；降雨入渗产流；土壤水分运动；

【参考文献】
[1]管俊亚,李洪革,沈亚,陈海清,王光华,屈燕微,谭伟.柴达木盆地昆北地区的地震解释技术[J].石油地球物理勘探,2012,01:157-165+188+200.
[2]柴丹.房地产企业资金链风险管理研究[D].西安建筑科技大学,工程经济与管理,2013,硕士.
[3]刘树娟.20世纪80年代中国大陆对金庸小说的接受研究[D].西南大学,文艺学,2013,硕士.
[4]戴建秋.皮亚杰发生认识论研究[D].安徽大学,哲学,2013,硕士.
[5]彭远征.基于弹性振子模型的界面摩擦黏滑行为研究[D].中南林业科技大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[6]夏竹,刘兰锋,任敦占,魏文博,张振生,宋建国.基于地震道时频分析的地层结构解析原理和方法[J].石油地球物理勘探,2007,01:57-65+69+129-130+125.
[7]陈武.基于压电陶瓷驱动的快刀伺服系统的研制[D].广东工业大学,机械工程,2014,硕士.
[8]姚俊红.双圆弧弧齿锥齿轮传动的三维建模及切齿啮合模拟与分析[D].天津工业大学,机械设计及理论,2003,硕士.
[9]霍恩全,李剑平,徐基锡.压力机主动盘材料与铸造工艺研究[J].一重技术.1994(02)
[10]周猛.大型火电机组热经济性在线监测与诊断[D].华北电力大学（河北）,工程热物理,2004,硕士.
[11]郭戈,韩崇昭.输出多采样反馈控制器及系统稳定性[J].控制与决策,2005,01:77-81.
[12]贾晓亮.制造企业工艺信息集成平台开发与关键技术研究[D].西北工业大学,2004.
[13]阮双琛.新型光纤光源技术[A].广东省光学学会（GuangdongOpticalSociety）、中山大学光电材料与技术国家重点实验室、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室.“广东省光学学会2013年学术交流大会”暨“粤港台光学界产学研合作交流大会”会议手册论文集[C].广东省光学学会（GuangdongOpticalSociety）、中山大学光电材料与技术国家重点实验室、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室:,2013:1.
[14]朱增亮.基于形态工程的华根霉膜结合脂肪酶液态发酵调控研究[D].江南大学,发酵工程,2012,硕士.
[15]孟祥萍,片兆宇,沈中玉,苑全德.基于方向信息素协调的蚁群算法[J].控制与决策,2013,05:782-786.
[16]陈瑞雪.《金融经济学：科学对象及方法》翻译报告[D].四川外国语大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.
[17]尚阳.女性农民工社会支持网络的结构分析[D].安徽大学,社会学,2014,硕士.
[18]车宝晶.当代大学生价值观构建中的美学思考[D].沈阳师范大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[19]田雪杨.论国有土地租赁[D].中国农业大学,土地资源管理,2004,硕士.
[20]张衡.染料敏化太阳能电池钛基光阳极及新型对电极的研究[D].华东师范大学,纳米物理学,2013,硕士.
[21]吕洪萍.隐源性机化性肺炎（COP）与非特异性间质性肺炎（NSIP）的临床对比分析[D].大连医科大学,内科学,2012,硕士.
[22]曹战江.肥胖对肠屏障和炎症的影响及干预研究[D].北京协和医学院,普通外科学,2014,博士.
[23]袁小丽.金属材料在离子液体型新工质中的腐蚀性能[D].大连理工大学,化学工程,2013,硕士.
[24]杜培军,林卉.GIS在商业与经济领域的应用与发展[A].中国地理信息系统协会.中国地理信息系统协会第三次代表大会暨第七届年会论文集[C].中国地理信息系统协会:,2003:5.
[25]蔡丽君.快速消费品上市公司财务困境预测问题研究[D].山东财经大学,会计学,2014,硕士.
[26]周璟琪.基于数字信号处理技术的脱水蒜片识别与等级判别研究[D].南京农业大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[27]杨洋.美元循环不畅与中国对策[D].南京大学,金融与保险学,2013,硕士.
[28]陶志鸿.磷酸铁锂的水/乙二醇溶剂热合成及其电化学性能改性研究[D].浙江大学,2013.
[29]王玲,李建国,洪炳熔,韩志刚.直接自适应控制律的输入/输出稳定性分析[J].自动化学报,2001,05:732-734.
[30]刘丽萍.WTO框架下的中美农业比较研究[D].外交学院,国际关系,2004,硕士.
[31]黄明明.燃气轮机燃烧室柔和燃烧机理与性能研究[D].中国科学院研究生院（工程热物理研究所）,热能工程,2014,博士.
[32]严夏君.Lamb波时间反转无基准损伤监测技术[D].南京邮电大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[33]奚小瑾.日凌对转发式卫星测定轨的影响研究[D].中国科学院研究生院（国家授时中心）,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[34]石畅.我国高等教育学专业硕士研究生培养模式变迁研究[D].华中科技大学,高等教育学,2013,硕士.
[35]王珊珊.仿真焊接软件系统关键技术的研究与应用[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[36]吕超.中国东西部地区FDI吸收能力的比较研究[D].海南大学,世界经济,2014,硕士.
[37]解晓敏.西南联大叙事中的知识分子形象[D].上海师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[38]段长文.中学生体育锻炼动机内化发展的研究[D].山西师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[39]曹亚杰.高中历史“太平天国运动”教学设计探究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[40]高娅.影子银行与我国金融资源市场化配置研究[D].吉林财经大学,金融学,2014,硕士.
[41]卢悦.从C-R-A模式角度分析言语幽默[D].中南民族大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[42]梁韫.基于某车型的侧面乘员约束系统开发方法研究[D].吉林大学,车辆工程,2013,硕士.
[43]王平.论我国农村合作金融的制度变迁与方向[D].苏州大学,农业经济管理,2003,硕士.
[44]刘炯.宫颈癌染色体3p14杂合性缺失和微卫星不稳定性研究[D].江西医学院,病理与病理生理学,2003,硕士.
[45]徐龙飞.基于FPGA的数据采集系统[D].中北大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[46]林培.海运提单非正常使用情况风险及防范研究[D].天津财经大学,国际贸易学,2012,硕士.
[47]杨艳惠.侵占罪认定中的司法疑难问题研究[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[48]韩莉莉.一类五物种生态系统模型的稳定性[D].大连理工大学,应用数学,2013,硕士.
[49]李媛媛.ZG20SiMn铸钢的疲劳行为研究[D].沈阳工业大学,材料加工工程,2014,博士.
[50]刘一航.连续负荷量重组人脑利钠肽治疗心力衰竭的临床观察[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.