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细沟水蚀动态过程的稳定性稀土元素示踪研究

水利学报 2004年第12期35卷 84-91页

作者：雷廷武张晴雯赵军中国科学院水利部水土保持研究所国家重点实验室

本文利用稳定性稀土元素(RareEarthElement)REE示踪法探讨了坡面水蚀动态过程的试验方法,根据细沟侵蚀沿坡长的产沙特点,给出了元素的施放方法、施放深度和浓度的数学表述及计算方法,并进行了室内细沟侵蚀模拟实验。试验采用3个流量(2、... 详细信息

本文利用稳定性稀土元素(RareEarthElement)REE示踪法探讨了坡面水蚀动态过程的试验方法,根据细沟侵蚀沿坡长的产沙特点,给出了元素的施放方法、施放深度和浓度的数学表述及计算方法,并进行了室内细沟侵蚀模拟实验。试验采用3个流量(2、4、8L min)5种坡度(5°、10°、15°、20°、25°),3次重复。试验采用8m土槽,分区段施用10种不同的稀土元素进行示踪,每个施放区长0 8m,宽0 1m,不同坡段根据侵蚀特点采用不同的施放深度。给出了根据收集到的侵蚀土壤样本中不同稀土元素的含量及总的土壤侵蚀量计算坡面不同部位的侵蚀产沙量的方法,由试验数据计算了不同水动力条件下的土壤侵蚀量沿细沟的分布,并分析了坡度和流量对坡面侵蚀量随坡长变化的影响。结果表明,REE示踪法可以示踪细沟土壤侵蚀的动态过程,且可保证一定的精度要求。由示踪方法得到的细沟土壤侵蚀量,在一定坡度和流量下,产沙量随着沟长的增加而增加,但增加的幅度越来越小,且渐趋于一个稳定值。侵蚀产沙量随着坡度和流量的增加而增加,但坡度较流量对产沙变化的影响更大。

关键词：稀土元素示踪法细沟侵蚀动态过程

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近红外反射高含量泥沙传感器研制

农业工程学报 2013年第7期29卷 51-57页

作者：雷廷武张宜清赵军殷哲中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中科院水利部水土保持研究所土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

水流含沙量测量是水土流失监测体系的重要内容,开展含沙量测量传感器的研究对于实时监测具有重要意义。为了实现对水流高含沙量的测量,该文根据含沙水对不同光谱的吸收和反射特性,采用1800nm(强水分反射波长)和1940nm(强水分吸收波长)... 详细信息

水流含沙量测量是水土流失监测体系的重要内容,开展含沙量测量传感器的研究对于实时监测具有重要意义。为了实现对水流高含沙量的测量,该文根据含沙水对不同光谱的吸收和反射特性,采用1800nm(强水分反射波长)和1940nm(强水分吸收波长)近红外光源开发了泥沙测量传感器和测量装置,并对新型传感器进行了标定试验,分别建立了取自黄河、渭河和天水的泥沙与传感器输出信号之间响应关系。结果表明,当含沙量小于300kg/m3时,测量得到的反射光强度随含沙量的增加而增加,传感器输出信号与含沙量之间具有很好的线性相关性,并建立了线性模型,决定系数均大于0.9。为了验证模型的精度,将实际含沙量与模型计算含沙量进行比较,结果表明,二者回归系数接近于1,相对误差小于10%,可以使用模型计算值代替实际含沙量。2种波长的传感器对含沙量的测量范围均为1～300kg/m3,当含沙量大于10kg/m3时测量精度大于90%,同时传感器精度受到泥沙种类、吸光物质和气泡等其他因素的影响。设计的传感器可以满足对高含沙量水流的测量要求,适用于土壤侵蚀严重的地区。研究结果在水土流失自动监测中具有良好的应用前景。

关键词：近红外光谱传感器标定含沙量反射

陡坡细沟含沙水流剥蚀率的试验研究及其计算方法

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农业工程学报 2001年第3期17卷 24-27页

作者：雷廷武张晴雯赵军中国科学院水利部水土保持研究所土壤侵蚀与旱地农业国家重点试验室

细沟剥蚀土粒随着细沟股流中含沙量的增加而减少 ,这一概念已在一些侵蚀模型 (如 WEPP)中得到应用。用黄土高原一种典型的粉壤土 ,在 5种坡度 (5°,10°,15°,2 0°,2 5°) ,3种流量 (2 ,4,8L/m in)条件下进行了细沟侵蚀模拟试验 ,试验... 详细信息

细沟剥蚀土粒随着细沟股流中含沙量的增加而减少 ,这一概念已在一些侵蚀模型 (如 WEPP)中得到应用。用黄土高原一种典型的粉壤土 ,在 5种坡度 (5°,10°,15°,2 0°,2 5°) ,3种流量 (2 ,4,8L/m in)条件下进行了细沟侵蚀模拟试验 ,试验沟长 0 .5～ 8m。通过 40 5次试验 ,确定了不同坡度、入流量条件下 ,侵蚀产沙量与细沟长度的定量函数关系。在假定细沟径流和土壤侵蚀沿细沟的行为相同条件下 ,提出了一种计算含沙水剥蚀率的方法 ,并进一步表达了细沟剥蚀率随含沙量以及沟长变化的函数关系。实验结果在 15°,2 0°,2

关键词：细沟侵蚀剥离率含沙水流陡坡计算方法水土流失

用水平土柱估算土壤入渗性能和水分布简化模型方法

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农业机械学报 2011年第1期42卷 49-53,58页

作者：毛丽丽雷廷武中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

在对Green-Ampt修正模型研究的基础上,根据水量平衡原理,提出了在水平土柱试验供水量、土壤初始与饱和含水率、土壤含水率线性分布假定的基础上计算土壤入渗性能的简化模型方法。用本研究提出的简化算法计算得到的土壤入渗性能与其他方... 详细信息

在对Green-Ampt修正模型研究的基础上,根据水量平衡原理,提出了在水平土柱试验供水量、土壤初始与饱和含水率、土壤含水率线性分布假定的基础上计算土壤入渗性能的简化模型方法。用本研究提出的简化算法计算得到的土壤入渗性能与其他方法得到的结果非常接近。将该简化方法计算得到的土壤含水率分布与实测值进行比较表明,平均误差为4.18%,证明该方法估算的土壤含水率分布与实测值非常接近。结果表明该方法可以较为准确地估算土壤入渗性能在时间上及含水率在空间上的分布,能方便地应用到相关研究与应用中。

关键词：水平土柱 Green-Ampt入渗模型土壤含水率修正模型

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土壤环式入渗仪测量效果分析

农业机械学报 2013年第12期44卷 99-104页

作者：雷廷武张婧王伟马玉莹中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国农业大学工学院北京100083

土壤入渗率的测量受到广泛关注与研究。环式入渗仪是目前广泛应用的土壤入渗性能测量仪器之一。模拟降雨法和双环法是目前测量土壤入渗的常用方法,圆盘入渗仪多用于测量土壤的饱和导水率。大量测量结果表明,环式入渗仪测量得到的最可靠... 详细信息

土壤入渗率的测量受到广泛关注与研究。环式入渗仪是目前广泛应用的土壤入渗性能测量仪器之一。模拟降雨法和双环法是目前测量土壤入渗的常用方法,圆盘入渗仪多用于测量土壤的饱和导水率。大量测量结果表明,环式入渗仪测量得到的最可靠结果是土壤稳定入渗率,但结果远高于人工降雨测量结果,说明环式入渗测量方法并不准确。环式入渗仪入土过程中,环与土壤间的缝隙为土壤水入渗,提供优先路径是造成测量结果远高于土壤本身入渗性能的重要原因。环式入渗仪测量过程中采用的时间步长偏大是产生入渗率偏大的另一原因。采用数值计算方法分析了计算入渗赋值方式和时间步长对测量得到的土壤入渗性能曲线的影响,具体估算了不同时间步长和赋值方式下,在入渗初期可能引起的入渗测量误差。

关键词：土壤环式入渗仪时间步长测量效果计算方法

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测量土壤颗粒密度的体积置换法

农业工程学报 2014年第15期30卷 130-139页

作者：马玉莹雷廷武庄晓晖中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国科学院水利部水土保持研究所土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

土壤颗粒密度测量在土壤和水的关系研究和实践中有重要意义。该文提出一种采用体积置换测量土壤颗粒密度的方法。该方法可以从2种途径进行测定。第1种途径是湿土测量法。第2种途径是干土测量法。湿土测量法：将任意质量和含水量的湿润... 详细信息

土壤颗粒密度测量在土壤和水的关系研究和实践中有重要意义。该文提出一种采用体积置换测量土壤颗粒密度的方法。该方法可以从2种途径进行测定。第1种途径是湿土测量法。第2种途径是干土测量法。湿土测量法：将任意质量和含水量的湿润土样装入容积已知的恒容容器后，称量得到其质量，再将恒容容器中注满水，置换出容器和土壤充气孔隙中气体的体积，再称量得到容器中土颗粒与水的总质量，进而计算得到补水置换体积。然后将土样充分烘干测量得到土颗粒的质量，计算原始土样中土壤水的体积与质量，进而计算得到土颗粒体积，由此测得土粒密度。干土测量法：将土样充分烘干测定土颗粒质量，再将烘干土样置于恒容容器中并注满水，测量并计算得到补水所置换的容器和土壤孔隙的体积，由此确定出土颗粒体积，进而由土颗粒体积和土颗粒质量计算得到土粒密度。采用4种土壤：陕西杨凌的黏黄土、北京的粉壤土、吉林的黑土和江西的黏红土，配制成5种不同土壤含水率（10%、15%、20%、25%、30%）。用上述体积置换法的2种途径，分别测定了每种土壤的土粒密度，并将测得的结果与常规比重瓶法、容量瓶法的测量结果进行比较。试验结果表明，所采用的4种土壤，持续烘干72 h（105℃），湿土法测量得到的土粒密度分别为2.6576、2.6301、2.6411和2.6687 g/cm3，采用干土法测得土粒密度分别为2.6557、2.6320、2.6423和2.6660 g/cm3。4种土壤烘干8 h（105℃）可能使测量得到的土壤颗粒密度偏小1%～2%。土壤颗粒密度测量误差随着烘干时间的延长而逐渐减小。干土法和湿土法测量土壤颗粒密度的散点都聚集在1∶1线上，表明2种方法测量得到的结果基本相同，测量结果比较的最大相对误差小于0.5%，说明体积置换法2种途径可以达到同等测量效果。所提出的方法测量精准度高，操作过程优于常规比重瓶法和容量瓶法。

关键词：土壤体积测量密度体积置换湿土法干土法

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新疆阿图什哈拉峻地区地下水系统模型研究

水利学报 2004年第4期35卷 61-66页

作者：高佩玲雷廷武张石峰中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 新疆大学物理系新疆乌鲁木齐830000

根据阿图什哈拉峻地区地下水系统水文地质特征,采用系统分解合成方法,在单一的潜水、承压水地下水模型子系统基础上,建立了冲洪积扇地区地下水数学模型。用有限元方法对模型进行数值离散,利用DevelopStudio软件编制计算程序,对边界条件... 详细信息

根据阿图什哈拉峻地区地下水系统水文地质特征,采用系统分解合成方法,在单一的潜水、承压水地下水模型子系统基础上,建立了冲洪积扇地区地下水数学模型。用有限元方法对模型进行数值离散,利用DevelopStudio软件编制计算程序,对边界条件及垂向水交换量进行动态模拟,对潜水和承压水稳定流静态流场、非稳定流动态流场进行了拟合,得到了该地区地下水系统水文地质参数,参数分布与水文地质勘察所得含水层结构特点及富水区分布基本相符。

关键词：地下水资源评价冲洪积扇地下水系统动态有限元法数值模拟

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小流域土壤侵蚀动态过程模拟模型

农业工程学报 2010年第10期26卷 45-50页

作者：高佩玲雷廷武山东理工大学资源与环境工程学院淄博255049 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌7121002 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

建立流域土壤水蚀预报模型将为小流域综合治理、土地利用规划等宏观决策提供依据,为小流域水土保持效果有效评价提供参考。通过对小流域侵蚀动态过程的分析,在水流连续方程、动量守恒方程及泥沙质量守恒方程基础上,对坡面-沟道及各沟道... 详细信息

建立流域土壤水蚀预报模型将为小流域综合治理、土地利用规划等宏观决策提供依据,为小流域水土保持效果有效评价提供参考。通过对小流域侵蚀动态过程的分析,在水流连续方程、动量守恒方程及泥沙质量守恒方程基础上,对坡面-沟道及各沟道间土壤侵蚀时空关系进行合理耦合,建立了流域系统土壤侵蚀动态模拟过程模型;采用有限元方法对土壤侵蚀模拟模型进行数值离散,建立了小流域系统数值离散模型;在确定流域时空离散方法基础上,采用VC++语言编制流域水蚀模拟程序;在室内人工模拟降雨条件下,对模型小流域50mm/h降雨强度,5min降雨历时情况下土壤侵蚀情况进行模拟,在得到流域内典型点处径流流量、径流含沙量及各沟道流速动态过程的同时,将流域内各沟道出口处模拟结果与测量结果比较,径流流量、径流含沙量、流速模拟精度均高于80%。研究结果表明小流域土壤侵蚀模拟模型的建立是可靠的,模型的数值离散方法及编制的计算程序是完全可行的。这一模型的建立将为小流域土壤侵蚀动态过程的模拟预报及实现由小流域向中大流域的侵蚀动态模拟预报提供一定的理论基础。

关键词：流域水土保持模型土壤侵蚀模型动态模拟数值模拟有限元方法

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丘陵地区梯田土方量的快速计算方法及应用

农业工程学报 2007年第4期23卷 47-51页

作者：刘宁郧文聚雷廷武中国农业大学水利与土木工程学院现代精细农业系统综合研究重点实验室北京100083 国土资源部土地整理中心北京100035

在土地整理项目规划设计中,准确快速地计算土方量对规划设计、投资估算及资金分配等具有重要意义。该文提出了一种新的进行丘陵地区梯田土方量计算的方法、原理和相关计算模型;构建了完整的土方量计算系统,并以一个土地整理项目为例,进... 详细信息

在土地整理项目规划设计中,准确快速地计算土方量对规划设计、投资估算及资金分配等具有重要意义。该文提出了一种新的进行丘陵地区梯田土方量计算的方法、原理和相关计算模型;构建了完整的土方量计算系统,并以一个土地整理项目为例,进行了验证。用所提出的方法计算的土方量与G IS软件计算的结果进行比较,采用5°和2°坡度分级时误差分别为5.4%和3.9%。表明该方法具有较高的精度和简便、快捷的特点,并且坡度分级间隔越小,计算结果精度越高。只要给定梯田样式,用该法在规划设计之前就可以估算土方量,为今后丘陵地区梯田土方量的计算提供了新的思路,提高了规划审查效率和效果。

关键词：梯田土方量快速计算丘陵地区