山区小流域降水量空间变异性及地下水响应行为研究

发布时间：2017-09-15 22:40

  本文关键词：山区小流域降水量空间变异性及地下水响应行为研究

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【摘要】：山区流域高盖度斜坡的失稳往往伴随着强降水,降水入渗转化的地下水是斜坡变形破坏的根本原因,而入渗是连接降水与地下水的中间环节。建立降水-滑坡预警模型,查明斜坡区地下水径流带积聚-维持-消散的过程以及地下水位对强降水的滞后响应及斜坡水循环机制,对植被发育斜坡地下水对强降雨过程的响应行为及其灾害效应进行了系统研究。本文依托曾经发生过特大滑坡的头寨沟斜坡为研究对象,综合采用现场调查、原位测试实验、实时监测、室内试验等手段,对研究区区域地质特征、土体物理化学性质、非饱和带土体物理-水理参数、大孔隙网络特征、地下水响应过程等展开系统研究。得到如下结论：(1)实验区地质调查、土体物理化学性质分析表明,研究区土体的天然含水率极高,雨季期间土体的含水率接近饱和含水率；土体的天然密度、干密度和颗粒比重均较小；孔隙度较大且随深度增加递减。(2)在研究区两个不同海拔高度位置分别布设气象站,为期一年的降水观测结果表明,研究区降水梯度高达190 mm/100 m,两个不同海拔位置降水变异性显著；降水持时是造成山上与山下次降水量差异的主要影响因素；发生小雨时山上与上下的降水差异性很小,但山下发生中雨及以上的降水事件时,山上的降水等级比山下高1-2个等级,且有59%的概率会发生大雨或者暴雨；山下为暴雨时山上100%概率为暴雨甚至为大暴雨；山上与山下夜间降水均大于白昼,且强降水事件多发生于夜间；目前已有大量不同尺度的临界降水标准对区域性滑坡预警,仍存在预警空间外延性差、时间精度低、临界降水阈值不科学等问题。(3)流域主要河道断面安装4个测流三角堰。监测期内的河道水位、流量(每周一次以上)与降水实时监测和水质化学分析表明,植被发育斜坡土体在强降雨的过程中不会出现地表径流,土体对降水表现为“通吃”行为,这对斜坡的稳定是极为不利的；河道水是由地下水排泄形成而非地表径流,地下水水位-水量在短时内剧烈变化；受天然含水率与地形的影响,降水会在短时内迅速转化为地下水并形成侧流补给河道,地下水的排泄相对降水过程无明显滞后。土体对降水的调节能力较低。通过蓄水-释水调节年径流量局限性较大。(4)斜坡入渗实验研究表明,研究区土体饱和渗透系数极高,土体能够同步吸收强降水下的大部分降水而不产生地表径流；大孔隙的存在使得水分以优先流的形式向下迁移,参与地下水循环；大孔隙中的水流能穿透孔壁进入周围基质区,加快了降雨向下迁移的速度；研究区土石二元结构的的特征会在某深度处形成局部隔水屏障,水分迁移过程受阻形成暂态饱和带,带内土体基质吸力降低,易使边坡发生变形破坏或浅层滑坡。
【关键词】：植被发育斜坡 滑坡 降水时空变异性 入渗 地下水响应 径流量
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P426.616;P642.22
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-27
• 1.1 引言14-17
• 1.2 降水—地下水—滑坡关系17-23
• 1.2.1 降雨与滑坡的关系17-20
• 1.2.2 地下水与滑坡的关系20-21
• 1.2.3 降水入渗与滑坡的关系21-23
• 1.3 斜坡对降雨过程的地下水响应23
• 1.4 植被涵养水源功能23-24
• 1.5 本文主要研究内容及结构安排24-25
• 1.6 本文特色和创新之处25-27
• 第2章 试验区概况及土体特性27-37
• 2.1 前言27
• 2.2 实验区概况27-31
• 2.2.1 地理位置和植被覆盖情况27-29
• 2.2.2 地质条件29
• 2.2.3 研究区温度及湿度29-31
• 2.3 土体特性31-36
• 2.3.1 土体物理化学性质31-33
• 2.3.2 颗粒组成33-34
• 2.3.3 根系密度、有机质含量和微生物含量组成34-35
• 2.3.4 粘土矿物35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 植被发育斜坡降水时空变异性特征37-54
• 3.1 前言37-38
• 3.1.1 降水时空变异性的定义37
• 3.1.2 降水时空变异性的成因37
• 3.1.3 降水时空变异性对径流过程以及滑坡预警预报的影响37-38
• 3.1.4 降水时空变异性的研究手段38
• 3.2 研究方法38-39
• 3.3 结果与分析39-52
• 3.3.1 研究区降水空间结构特征分析39
• 3.3.2 周降水变异性特征分析39-40
• 3.3.3 日降水变异性特征分析40-42
• 3.3.4 小时降水强度变异性特征42-44
• 3.3.5 次降水变异性特征分析44-46
• 3.3.6 同步主雨峰降水空间变异性特征46-50
• 3.3.6.1 降水量的GRI关联规则46-49
• 3.3.6.2 降水量的C&R决策树关联规则49-50
• 3.3.7 强降水空间变异性特征分析50-51
• 3.3.8 降水时间变异性特征研究51-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 斜坡土体地下水对降水的响应54-78
• 4.1 前言54-55
• 4.2 土壤水的形态55
• 4.3 土壤水的能态55-57
• 4.4 非饱和土壤水运动达西定律57-58
• 4.5 地下水的分类58-61
• 4.5.1 按埋藏条件分类58-60
• 4.5.2 按含水空隙特征分类60-61
• 4.6 地下水响应行为61-64
• 4.6.1 前言61-62
• 4.6.2 降雨入渗过程对地下水响应的影响62
• 4.6.3 研究方法62-63
• 4.6.4 染色实验结果分析63-64
• 4.7 渗透系数测定64-69
• 4.7.1 试验原理64-65
• 4.7.2 试验方法及步骤65-67
• 4.7.3 渗透实验结果分析67-68
• 4.7.4 降水入渗对坡体稳定性的影响68-69
• 4.8 研究区地下水对降水的响应行为69-77
• 4.8.1 研究方法69
• 4.8.2 结果与分析69-77
• 4.8.2.1 植被发育斜坡土体蓄水量的估算73-74
• 4.8.2.2 地下水作用下的土体水理特性74
• 4.8.2.3 地下水响应的滞后性研究74-77
• 4.9 本章小结77-78
• 第5章 本文结论78-80
• 参考文献80-89
• 致谢89-90
• 附录 (攻读硕士期间撰写的学术论文及参与的研究课题)90

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