植被发育斜坡降雨入渗的数值模拟

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近年来,强降雨引起的滑坡灾害越来越严重。研究斜坡降雨入渗过程对于研究整个滑坡孕育过程是极其重要的。选取两个典型的植被发育斜坡区域进行研究,即呈贡段家营试验区和昭通头寨沟试验区。在这两个试验区内开展了双环渗透、含水率测定、土颗粒粒径组成测定和染色示踪等试验,得到的试验数据可作为数值模拟参数设定的依据。大孔隙的存在性以及几何形态、降雨条件和土体初始含水率会对土体降雨入渗造成影响。通过软件HYDRUS-2D对这些影响植被发育斜坡土体降雨入渗的因素进行数值计算。对数值计算结果进行分析并得出以下结论:(1)植被发育斜坡土体中存在大孔隙时,能够加快降雨垂直入渗,减弱表土层地下径流,延缓表土层出现暂态饱和区的时间,导致湿润前锋形态不规则;大孔隙直径增大时,优先流流速会减小,大孔隙积水响应时间(稍微)推迟,有压入渗面积增大致使大孔隙内的积水弥散速度更快;(2)大孔隙长度越长,斜坡剖面湿润前锋形态越不规则,降雨入渗深度越深,大孔隙底部积水响应时间延长,大孔隙内积水高度越小,大孔隙长度对优先流的流速影响不大;大孔隙弯曲率增大,大孔隙内部积水响应时间先增大后减小,降雨垂直入渗深度减小,大孔隙内积水长度增大,优先流最大流速先增大后减小。大孔隙弯曲率对湿润前锋形态的影响主要在降雨初期,随着弯曲率增大,湿润前锋形态不规则性逐渐减小;(3)大孔隙群密度越大,湿润前锋形态越复杂,降雨下渗越快,大孔隙积水响应时间延缓,大孔隙之间的相互作用越显著;随着大孔隙群轴向与斜坡倾向之间的夹角减小,斜坡坡面湿润前锋形态不规则性减弱,优先流最大流速增大。当大孔隙位于表土层且大孔隙轴向与斜坡方向近似平行,在高强度降雨条件下大孔隙流可能溢出地表产生回归流,不利于降雨入渗;(4)在降雨雨型和降雨历时相同的情况下,降雨强度越大,斜坡土体的含水率变化越大,且降雨入渗的速度越快;在降雨雨型和降雨强度相同的情况下,降雨历时越长,降雨入渗后含水率增加值越大,而湿润前锋的深度也越深,但差距并不明显;在降雨强度和降雨历时相同的情况下,递增式雨型的斜坡土体含水率变化值最小,递减式雨型的斜坡土体含水率变化值最大。在其他条件完全相同的情况下,雨水入渗土体后,土体初始含水率越大的斜坡降雨入渗深度越深,且入渗速度和湿润锋面运移速度越快。
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