包气带水文地质专论.pdf

录
绪言…
第一章包气带水的赋存形式与渗流特征
第一节包气带水的赋存形式
第二节毛细作用机制及毛细水的迁移特征…“……
第三节包气带的水分分布特征
第二章包气带水的垂向渗流机制研究
第一节给水度的概念及定义的探讨
1n
第二节无蒸发,无入渗条件下砂柱释水实验研究
第三节蒸发条件下的砂柱释水实验研究
(27)
第四节重力释水的影响因素
(33)
第五节层状土的释水特征
(38)
第三章包气带水的横向渗流机研究…
(42)
第一节两河渠间稳定流场中包气带水流特征…
(42)
第二节河渠间稳定流场潜水画的非流面问题研究…………………“(50)
第三节“滲出面”间題的研究
(51)
第四节渗流速度的分布机制研究
第四章孔隙·裂隙介质包气带水流特征研究
第一节概述
第二节黄土包气带水的渗流试验研究
"……"…?…ー?“(58)
第三节黄土包气带水渗流机制分析
(65
第五章包气带水运动的定量研究基础
87)
第一节包气带水运动的达西定律
第二节包气帯水运动的基本方程
(68
第三节包气带水动力参数的确定方法概要
第六章包气带介质环境特征研究
……(89)
第
介质环境作用概要
(89)
第二节黄土的物质组成与结构特征研究
……(90)
第七章包气带水文地质应用…
………(101)
第一节有渗流坝体应力分布特征……
(101)
第二节放射性废物的包气带地质处置方案………
…?…(103)
参考文献…
(107)
PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn
绪
包气带水文地质学研究的内容和作用
包气带水文地质学是研究地面以下潜水面以上地下水的科学。它是传统的水文地质
学、土壤水科学与其它相关学科之间交叉延拓和发展的分支科学。它研究包气带水在不同
的介质环境和边界环境作用下的迁移和变化规律,并在此基础上研究相关学科如何有效地
应用这些规律,以期达到兴利避害的目的,从而建立相应的理论体系和应用方法
在自然界的水循环过程中,包气带水是大气降水,地表水与地下水连接的纽带。无论
对渗流本身,还是作为溶质赶移的载体,包气带水在水资源、农田灌概、排水、生态平衡
工程地质和环境问题的研究中都占有重要的地位。因此,包气带水渗流的微观机制、宏观
规律的研究成为人们关注的重要问题,已在水文地质学、工程地质学、土壤水力学、环境
地质学及其它相邻学科中逐渐开展
对于水文地质学科来说,随着包气带水研究的深入开展,势必推动水文地质学基础、
地下水渗流理论等方面的延拓与发展。也将促进现行的地下水资源评价方法?溶质迁移理
论的改进与发展。
对工程地质学科来说,由于地下水的研究扩展到包气带水,使得与此相关的土体工程
地质中的坝体渗流、库区回水、边坡稳定等阿题的研究范围亦相应扩展。
靠近地面表层土壤中的土壤水是包气带水的重要组成部分,是各种陆地植物的生长基
础。土壤水量和溶质含量与作物的生长息息相关。土壤盐琙化的形成与防治都与包气带水
的存形式和运移特征有密切的关系。
近年来世界各国都在考虑或已实施在大厚度包气带地農中或包气带之上的地表有利部
位处置中、低水平放射性废物、工业废物或生活废物,在放射性核素和其它有害元素向人
类环境迁移过程中包气带水流是其主要载体。因此,研究包气带水流的微观机制和宏观定
量方法不仅可以解决包气带水渗流的基础理论何题,而且可以解决各种废物地质处置过
中的一些技术方法问题。
包气带水文地质学的研究与发展
包气带水的研究方法包括形态学研究和能态学研究两个方面,前者是基础,后者是深
人。二者相辅相成。
最初包气带水的研究是从壤水研究开始的,非饱和土壤中的水分间题一直是土壤水
和土壤物理研究的一个重要方面18世纪后期,人们开始采用形态学的观点,定性地描述
和分析土壤中的水分赋存特征和运动特征。前苏联学者在本世纪40年代、我国学者在50年
代至80年代早期都先后用形态学方法深入地研究了土壤水的形成、分布状态和迁移特征,
建立了土壤水的学科分支?80年代至90年代初,由水文地质学科研究向包气带水扩展、
我国许多水文地质学者在形态学研究方面取得了深人的进展。在包气带水的均衡实验、数
值模拟?水动力参数的測定方法、零通址面的理论与应用研究等方面做了大量的τ作,其
PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn
中也有人研究了凝结水对沙漠的补给作用、冻结作用对包气带水的迁移和及对道路的危害
等问题。
微观形态学的研究方法陆续解决了包气带水的形成、赋存和迁移规律等方面的基本理
论问题,也为各相关学科的延拓和交又发展茣定了基础。但是形态学的方法却不能在宏观
上定量地描述包气带水的运动。
在本世纪初,能态学的方法开始被引用到包气带水的研究中。 Buckingham(1907和
Wi1atd- Gar dner(1921)都先后采用能态学观点研究了包气带水的运动。但是他们对包气
带水的定义既不全面,也没有说明他们所建立的流量公式与达西定律之间的联系。
L.A. Riebard(1928)在对包气带水进行研究时,定义了总水势,并把他和流的达西定律
引入到非饱和流中,建立了非饱和流达西定律。引用非饱和流达西定律的非饱和流连续方
程被称为 Richard方程。经80年代至50年代的发展和逐步完善,特别是60年代至70年代以后,
由于计算机的推广应用和各学科研究的交叉渗透,使包气带水的研究从基础理论到应用方
法、从定性分析到定量计算、从方程的研究到水动力参数和介质特征的试技术、测试方
法、以及不同条件下相应的数学模型的研制和应用都得到飞速的发展。在80年代,我国各
相关学科的学者从不同角度对包气带水(包括溶盐)进行了深入的研究。对非饱和水分特征
曲线、水力扩散度、非饱和渗透系数、土体含水量,溶质的弥散系数等参数的测定方法和
不同边界条件下的水、溶质和热流的数值模型、模拟方法、包气带水均衡特征及相应的解
法等方面都取得了长足的进展。包气带水动力学的岍究体系碁形成。雷志栋、杨诗秀
谢森传等先生的《士壤水动力学》一书的间世无疑是这方面研究成果的总结和体现
与此同时,由各种废物,特别是放射性核废物处置的需要,欧美学者对坚硬的孔隙
裂隙双重介质中包气帯水流特征和数学模型的硏究取得了很大的进展。
近年来,作者在研究中取得了以下几方面的新认识:
1.包气带水的垂向渗流(包括重力释水的作用)机制和横向渗流机问题。作者认为
在包气带中既有单相(水}的渗流过程,也有二相(水,气)的渗流过程。二相滲流的显著特
征是水气界面的迁移。从整个包气带看,入渗水分下滲的过程,通常伴随着水气界面的迁
移,属于二相渗流过程。可是,一但下渗水流与支持毛细水柱相接后,又可以形成水的单
相渗流过程。支持毛细水的垂向运移,也伴随着水气介面的迁移,是二相渗流过程。不等
径葫芦状毛管网络模型直观形象地表现了多孔介质的空隙特征,用于描述包气带水的二相
渗流过程是可行的。作者据此分析了重力释水的过程,认为重力释水只与释水后的潜水位
以上的原饱水带及其