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基于不完全分形理论的土壤水分特征曲线模型

水利学报 2004年第5期35卷 1-6,13页

作者：王康张仁铎王富庆武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

本文将土壤的物理构成分为不具有分形结构的固体颗粒和孔隙以及具有分形结构的团聚体结构,建立了土壤孔隙和粒径分布的不完全分形模型,并与土壤毛管水运动Young Laplace方程相结合推导出土壤水分特征曲线模型。将模型应用于6种土壤的结... 详细信息

本文将土壤的物理构成分为不具有分形结构的固体颗粒和孔隙以及具有分形结构的团聚体结构,建立了土壤孔隙和粒径分布的不完全分形模型,并与土壤毛管水运动Young Laplace方程相结合推导出土壤水分特征曲线模型。将模型应用于6种土壤的结果表明,模型所包括的3个参数中分形维数有随土壤黏粒含量的增加而增大的趋势,另2个参数分别为基质势作用下的可释放含水率和特征曲线的形状参数。所提出的水分特征曲线模型能够较好的模拟不同土壤质地和基质势范围下土壤基质势和含水率的特征关系。

关键词：不完全分形孔隙及粒径分布土壤水分特征曲线

用分形特征参数定量描述土壤水流运动的非均匀程度

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水利学报 2009年第12期39卷 1432-1439页

作者：盛丰王康张仁铎李萼中山大学环境科学与工程学院广东广州510275 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

通过田间条件下开展的7个碘-淀粉染色示踪试验,研究了入渗初始条件和边界条件对土壤水流运动非均匀特征的影响。同时采用土壤水实际入渗深度分布非均匀系数(Cua)和活动流场模型(ARM)分形特征参数(γ)来定量描述不同入渗条件下土壤水流... 详细信息

通过田间条件下开展的7个碘-淀粉染色示踪试验,研究了入渗初始条件和边界条件对土壤水流运动非均匀特征的影响。同时采用土壤水实际入渗深度分布非均匀系数(Cua)和活动流场模型(ARM)分形特征参数(γ)来定量描述不同入渗条件下土壤水流动的非均匀程度。研究结果显示,不同条件下,γ和Cua有着相同的变化趋势,γ能正确描述土壤水流运动的宏观非均匀特征;较低的土壤水初始饱和度引起较显著的土壤水非均匀流动;在相同土壤水初始饱和度条件下,土壤水流运动的非均匀程度随着入渗水量的增大而先增大后减小。

关键词：碘-淀粉染色示踪试验非均匀流宏观非均匀特征活动流场模型

基于连续分形理论的土壤非饱和水力传导度的研究

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水科学进展 2004年第2期15卷 206-210页

作者：王康张仁铎王富庆武汉大学水利水电学院湖北武汉430072

土壤的孔隙是具有连续分形性质的物理结构,根据土壤孔隙分形结构建立了非饱和水力传导度模型。模型包括综合系数、分形维数和临界体积比3个参数,综合系数为不同土壤基质势对应的非饱和水力传导度与饱和传导度之间的水力联系,与土壤质地... 详细信息

土壤的孔隙是具有连续分形性质的物理结构,根据土壤孔隙分形结构建立了非饱和水力传导度模型。模型包括综合系数、分形维数和临界体积比3个参数,综合系数为不同土壤基质势对应的非饱和水力传导度与饱和传导度之间的水力联系,与土壤质地有关;分形维数反映土壤孔隙结构对于非饱和水力传导度的作用,土壤不同尺寸孔隙之间的连通性则通过临界体积加以描述。模型具有较为明确的物理解释。将模型应用于5种不同土壤的结果表明,所提出的非饱和水力传导度模型具有较好的模拟效果。

关键词：土壤孔隙结构连续分形理论非饱和水力传导度

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灌水效率碘—淀粉显色示踪试验

农业工程学报 2009年第12期25卷 38-44页

作者：王康张仁铎周祖昊武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 中山大学环境科学与工程学院广州510275 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

该文旨在研究不同土质、灌水量和灌水方法情况下入渗模式、灌水效率,并探讨不同灌水条件下溶质分布和水流运动模式之间的关系。根据碘-淀粉显色原理示踪水流运动和溶质迁移,分别在壤土和黏土条件下、开展了重力灌溉和微灌方式下的12组... 详细信息

该文旨在研究不同土质、灌水量和灌水方法情况下入渗模式、灌水效率,并探讨不同灌水条件下溶质分布和水流运动模式之间的关系。根据碘-淀粉显色原理示踪水流运动和溶质迁移,分别在壤土和黏土条件下、开展了重力灌溉和微灌方式下的12组入渗试验,采用适用效率、深层渗漏损失率、有效储水率和均匀度对灌水效率进行综合评价。结果表明,入渗水再分布主要受到湿润模式的影响,有效储水率和均匀度随着灌水量的增加而提高,然而深层渗漏损失率也明显增大。溶质分布的均匀程度和深层渗漏损失率均小于水量分布的均匀程度和损失率,根据入渗后水分和溶质的再分布情况对灌水效率进行评价更为直接和全面。

关键词：灌溉入渗溶质迁移碘-淀粉显色灌水效率入渗水再分布

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多孔介质中非均匀流动模式信息特性聚类分析

水科学进展 2008年第5期19卷 714-721页

作者：王康张仁铎周祖昊武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 中山大学环境科学与工程学院广东广州510275 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100044

研究了多孔介质中非均匀流动描述方法和流动模式信息特性。依据流道宽度分布信息,对4组染色示踪试验的垂直剖面流动区域进行水平分层,将流道统计信息作为变量,对水平层进行系统聚类分析。结果表明,染色比例和染色区域内流动通道宽度分... 详细信息

研究了多孔介质中非均匀流动描述方法和流动模式信息特性。依据流道宽度分布信息,对4组染色示踪试验的垂直剖面流动区域进行水平分层,将流道统计信息作为变量,对水平层进行系统聚类分析。结果表明,染色比例和染色区域内流动通道宽度分布是流动聚类分区的主要影响因素。聚类数目为3和8情况下,能够最为有效地表征非均匀流动模式。以垂直方向流动为主,且流动通道连续的情况下,流动分区主要包括全局性均匀流、局部均匀流、均匀流向非均匀流过渡区,以及优先流区。水平方向流动特性较为显著的情况下,则存在多个均匀流向非均匀流动的过渡区。

关键词：多孔介质非均匀流动染色示踪试验聚类分析信息模式

土壤优先流运动的活动流场模型分形特征参数计算

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农业工程学报 2011年第3期27卷 26-32页

作者：盛丰张仁铎刘会海长沙理工大学水利学院长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114 中山大学环境科学与工程学院广州510275 美国劳伦斯伯克利国家实验室伯克利94720

活动流场模型分形特征参数控制着优先流的产生和发展,因此准确获得活动流场模型分形特征参数值对提高模型的模拟预测精度具有重要意义。该研究采用染色示踪方法,将优先流流场从流动背景中显示出来,通过数字图像分析和采样分析获得优先... 详细信息

活动流场模型分形特征参数控制着优先流的产生和发展,因此准确获得活动流场模型分形特征参数值对提高模型的模拟预测精度具有重要意义。该研究采用染色示踪方法,将优先流流场从流动背景中显示出来,通过数字图像分析和采样分析获得优先流流场和流场内土壤含水率的分布模式,根据活动流场模型本构方程拟合活动流场模型分形特征参数值;针对3种常见的入渗后染色区内土壤含水率分布模式,分别提供了相应的活动流场模型分形特征参数的计算方法。研究结果显示,1)由于入渗后土壤水重分布的影响,活动流场区域和染色区域在整个入渗深度范围并不完全重合,因此仅可选择活动流场与染色区域相重合深度范围内受土壤初始含水率影响较小的数据来拟合活动流场模型分形特征参数值;2)土壤质地对入渗后染色区内土壤含水率的分布模式有显著影响,细质地土壤中入渗后染色区土壤含水率沿入渗方向逐渐减小,粗质地土壤中入渗后染色区土壤含水率沿入渗方向先增大后减小。

关键词：分形溶质运移土壤优先流活动流场模型本构方程染色示踪试验

多孔介质中非均匀流动特性的染色示踪试验研究

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水科学进展 2007年第5期18卷 662-667页

作者：王康张仁铎缴锡云武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 中山大学环境科学与工程学院广东广州510275 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

通过土壤染色剂进行的4组试验,对不同介质结构条件下的水流和溶质非均匀运动规律,非均匀流动变异信息分布特征关系以及全局性非均匀流动示踪方法进行了研究。结果表明,即使在相对比较均匀的介质条件下,流动也表现出明显的非均匀特性;对... 详细信息

通过土壤染色剂进行的4组试验,对不同介质结构条件下的水流和溶质非均匀运动规律,非均匀流动变异信息分布特征关系以及全局性非均匀流动示踪方法进行了研究。结果表明,即使在相对比较均匀的介质条件下,流动也表现出明显的非均匀特性;对数正态分布能够较好的反映水流的运动分布模式,相比水流运动,溶质的运动和分布规律明显不同,表现出更多的不确定性和变异性。

关键词：染色示踪剂多孔介质图像标准化非均匀流动浓度分布模式

推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

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水利学报 2006年第9期37卷 1114-1121页

作者：邹朝望薛绪掌张仁铎武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 国家农业信息化工程技术研究中心北京100089 中山大学环境科学与工程学院广东广州510275

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律,推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数,获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系.用模拟的结果进行拟合,其决定系数为0.9969～0.9997.当获得土... 详细信息

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律,推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数,获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系.用模拟的结果进行拟合,其决定系数为0.9969～0.9997.当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率,基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解.利用数值模拟数据和实验数据检验该方法,将用此方法估计的参数值与理论值进行比较,并进行了模型中参数的敏感性分析,结果表明本研究所求得的参数有较高的精度,为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法.

关键词：土壤水分渗流运动持水曲线 Gardner-Russo模型参数数值模拟

土壤优先流运动的活动流场模型模拟和敏感性分析

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农业工程学报 2011年第4期27卷 72-80页

在壤土和砂土条件下分别采用碘-淀粉染色示踪方法和亮蓝染色示踪方法各开展了2个染色示踪试验,分别采用活动流场模型和二域模型模拟计算了各试验入渗后染色区内的土壤含水率和溶质浓度分布,通过相对均方根误差分析评价了两个模型模拟预... 详细信息

在壤土和砂土条件下分别采用碘-淀粉染色示踪方法和亮蓝染色示踪方法各开展了2个染色示踪试验,分别采用活动流场模型和二域模型模拟计算了各试验入渗后染色区内的土壤含水率和溶质浓度分布,通过相对均方根误差分析评价了两个模型模拟预测优先流发展的有效性;此外,通过敏感性分析研究了不同入渗条件(土壤质地、入渗水量和土壤初始含水率)下活动流场模型模拟预测结果(入渗深度)对活动流场模型分形特征参数变化的敏感度。模型检验分析结果显示活动流场模型对土壤水入渗深度、入渗后染色区内土壤含水率和溶质浓度分布的预测精度要明显高于二域模型的模拟预测精度;活动流场模型较好的捕捉到了优先流运动整体的非均匀特征。敏感性分析结果显示,当降雨入渗水量和土壤初始含水率相同时,入渗深度对活动流场模型分形特征参数(γ)的敏感度随着γ的增大而增大;相同活动流场模型分形特征参数(γ)值条件下(即流动非均匀程度相同),入渗深度对活动流场模型分形特征参数(γ)的敏感度随着入渗水量的增大和土壤初始含水率的升高而减小。

关键词：分形溶质运移土壤优先流活动流场模型二域模型染色示踪试验敏感性分析