单环入渗试验与数值反演法结合推求土壤水力参数

ert与染色示踪方法在土壤入渗监测中的应用

（2）根据ERT反演后计算得到的电阻率值，将其与实测的含水量数据用改

进后的Archie公式拟合，获得了含水量与电阻率之间的定量关系，其拟合度为

0.765，相关性较好，能较为准确地反映含水量与电阻率之间的关系。

（3）利用ERT监测田间土壤水分运动时，在入渗初期，入渗区域土壤的表

层电阻率迅速降低，随着时间的延续，表层电阻率的变化逐渐减小；比较试验不

同时刻土壤水分入渗剖面和亮蓝溶液入渗剖面，发现土壤水分的入渗速度比亮蓝

溶液的入渗速度要快；在亮蓝溶液入渗的过程中，由于上部土壤会对亮蓝溶液产

生吸附，所以在优先流区域引起电阻率变化的主要原因是水分的运动；在入渗量

特别大时，水分会在渗透性较差的区域产生积聚。

（4）将系列二维电阻率剖面信息导入到Voxler软件转换成三维空间电阻率

分布模型，得到了更加丰富的地电断面信息，可以更清晰地反映土壤水分入渗过

程。通过将二维电阻率剖面信息与三维电阻率立体信息相对比，发现三维电阻率

模型能够准确地反映土壤水分运动过程。

（5）利用Photoshop图像处理软件将入渗试验结束时的土壤染色剖面图像

处理成为二值图像，并统计分析土壤剖面染色比例在垂直方向上的变化，发现随

着入渗量的增大，亮蓝的最大染色深度、均匀染色范围、优先流的均匀程度都随

之增加。

关键词：土壤；ERT；染色示踪；水分入渗；Hydrus-1D；数值模拟

Application of ERT and dye tracing method in monitoring soil

water infiltration

Abstract

The precipitation infiltrates to the soil and turns into soil water,then soil water

flows through the unsaturated zone (or vadose zone) to the surface of groundwater

土壤饱和导水率的实验室测定

土壤饱和导水率是土壤重要的物理性质之一。它是计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程的一个重要土壤参数。但是,田间现场测定土壤饱和导水率(K s)一直是土壤水动力学研究中的一大难题,耗时费力,给土壤水动力学特性的研究带来诸多不便。目前,土壤饱和导水率测定的方法很多,室内有定水头渗透仪法、变水头渗透仪法等;田间现场测定比较成功的方法是采用双环法,该方法一般只用于测定表土层的入渗能力,但耗水量大,实际操作很麻烦。

圆盘渗透仪(disc permeameter)用来测定土壤饱和导水率,前人都是通过田间取样,然后在实验室内完成。但是,由于土壤的空间变异性较大,往往不易得到精确的结果,因此如何使实验土柱内的土样和天然情况下一致,以及如何使土样有足够的代表性是应用此方法进行测定必须慎重考虑的问题。用圆盘渗透仪(disc permeameter)在田间现场测定土壤饱和导水率是一种方便实用的新方法,基本上解决了土壤饱和导水率在田间测定难的问题。该方法需要测定点的区域比双环法更小,且省时、省力、省水,一般一天能测10个点左右,而且可以测定地下水位以上的任意深度土层的饱和导水率。并能排除土壤裂缝、蚯蚓孔及根孔等大孔隙对测定的影响。该方法在澳大利亚已经得到广泛应用,这里就澳大利亚悉尼生产的CSIRO圆盘渗透仪在田间测定土壤饱和导水率的基本原理和方法作一简单介绍。并通过对河南封丘地区的田间实测数据的分析,介绍一种关于土壤饱和导水率的简单计算方法。这种测定方法在我国土壤方面的应用刚刚开始不久,随着节水农业研究的不断深入,以及为农业可持续发展和改善农田环境而进行的土壤溶质运移与地下水污染研究的不断展开,快速、方便、准确地监测田间土壤饱和导水率已成为急需解决的问题。因此,作者相信,用圆盘渗透仪测定田间土壤饱和导水率的方法在土壤水动力学研究领域中的应用将会越来越广泛。

压水试验计算渗透系数

渗透系数是指土壤水分在单位时间内通过单位面积的渗透量。在压水试验中，通过测量水分在土壤中的渗透量和渗透时间，可以计算出土壤的渗透系数。下面将详细介绍在压水试验中计算渗透系数的方法。

压水试验是一种常用的实验方法，用于测定土壤的渗透性能。通常是将一定量的水施加到土壤上方的固定高度，并通过测量下方排水水位的变化，来计算出土壤的渗透系数。下面是一个标准的压水试验步骤：

1.准备实验装置：选择一个适当大小的渗透箱，底部为滤水板。将试验土壤填充到箱中，均匀压实。在箱的侧面设置排水阀门，并连接水位计。

2.将水加到试验装置上方的固定高度：通过水泵或者手工方式，将水加到装置上方，使得水位保持固定。这个水位可以根据需要进行调整。

3.打开排水阀门：在打开排水阀门前，记下初始时间和排水深度。然后缓慢地打开阀门，允许水进入土壤，并开始排水。

4.测量排水水位的变化：记录下在时间间隔内的排水水位变化，可以使用水位计或者其他合适的测量仪器来进行测量。

5.计算渗透系数：根据测量得到的渗透量和时间，可以使用一些经验公式或者数学模型来计算土壤的渗透系数。

在计算渗透系数时，有几种常见的方法：

1.利用海伦公式：海伦公式是经验公式，用于计算土壤的渗透系数。它的公式形式为K=Q/(A*t)，其中K为渗透系数，Q为渗透量，A为土壤面积，t为渗透时间。这种方法简单易用，但对土壤性质的要求较高。 2.利用多项式拟合：将排水水位变化的数据点进行多项式拟合，得到拟合曲线。然后根据拟合曲线的斜率，来计算土壤的渗透系数。这种方法能够更好地考虑土壤渗透过程的动态变化。

3.利用数值模拟方法：使用数值模拟方法，通过建立土壤渗透模型，来计算渗透系数。这种方法需要较高的计算能力和数据处理能力，但能够更加精确地模拟土壤的渗透过程。

无论采用哪种方法，都需要注意以下几点：

1.样本的采集需要随机且代表性，以确保测试结果的可靠性。

土壤最大持水量的测定

土壤最大持水量是指土壤在饱和状态下所能吸附并保持的最大数量的水分。测定土壤最大持水量的方法有以下几种：

1. 干湿重法：首先取一块未常规浇水的土壤样品，将其称重并标记为干重，然后将土壤样品完全浸入水中，直至饱和，取出并抖去表面多余的水分后称重，再标记为湿重。通过计算湿重与干重的差值，即可得到土壤中所保存的水的重量，从而计算出最大持水量。

2. 压力板法：将采集的土壤样品排列在一系列的压力板上，施加不同的压力，通常为常用的10千帕（kPa）或33千帕（kPa），并测定所施加压力下土壤样品所释放的水分量。通过绘制压力-释放曲线，可以找出土壤样品在不同压力下的最大持水量。

3. 动土特性测试：通过测定土壤的零回射率、介电常数、含水量等参数，结合特定的土壤物理模型，可以间接推断出土壤的最大持水量。

测定土壤最大持水量可以为土壤水分管理、灌溉设计以及农作物生长等提供重要的基础数据和参考。不同的测定方法适用于不同类型的土壤和特定的研究目的。

基于混合遗传算法和积水入渗实验反求土壤水力参数

第１８卷６期　２０１０年１２月　应用基础与工程科学学报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＢＡＳＩＣ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．１８，Ｎｏ．６　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２０１０　

文章编号：１００５－０９３０（２０１０）０６—１０１７－０１０　中图分类号：Ｓ１５２．７　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０９３０　２０１０．０６．０１７　

基于混合遗传算法和积水入渗实验　

反求土壤水力参数　

郭向红，　孙西欢，　马娟娟，　李　冰，　戴宏胜　

（太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原０３００２４）　

摘要：土壤水力参数是土壤水分运动和溶质迁移模拟计算的基本参数，因此快　

速、省时、精确的确定土壤水力参数有重要意义．本文建立了积水入渗条件下土　

壤水力参数优化模型，采用遗传算法与Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ—Ｍａｒｑｕａｒｄｔ算法相结合的混合　

遗传算法对其进行求解，并进行了数值实验和土柱实验验证．数值实验结果表明　

采用混合遗传算法求解积水入渗条件下的土壤水力参数具有较高的精度，参数　

优化精度与待优化参数的个数和积水入渗实验测定项目有关，当待求参数为０，，　

Ｏｔ，ｎ　３个时，积水入渗实验中只需测定含水率和累积入渗量二者或二者中的任　

意一个均可求出参数值；当待求参数为０　，Ｏｓ，Ｏｌ，ｎ　４个和０　，０　，Ｏｌ，ｎ，　５个时，　

积水入渗实验需要测定含水率或同时测定含水率和累积入渗量方可求出待求参　

数，而仅测定累积入渗量不能精确求出０　０　的值．应用上述分析结果，进行了土　

柱积水入渗实验，结果表明该模型可以精确求解土壤水力参数．因此，本文建立　

的土壤水力参数优化模型是正确的，求解方法是合理的，这可为高效求解土壤水　

力参数提供一个有效途径．　

关键词：土壤水力参数；混合遗传算法；参数反演；Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ算法；积水入渗　实验　

近年来大量化肥、农药的使用和工业、生活污水的排放已经严重威胁到水土资源质　

【国家自然科学基金】_土壤入渗参数_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

序号科研热词推荐指数序号科研热词1黄土高原11入渗2黄土坡12土壤水分入渗3饱和导水率ks13入渗模型4面源污染14philip模型5非完全混合15非充分供水6非均匀流动16间接地下滴灌7非均匀性17趋势8重力式18累积入渗量9连续性模型19空间变异10糙率110积水入渗11空间均化111畦灌12灰色关联度112活动流场模型13溶质流失113水量平衡原理14混合层114模型15活动性流场模型115标定16沟灌116数值模拟17沁河117土壤水分18水量平衡法118土壤容重19水量平衡119土壤20水流推进120参数模型21水文模型121入渗率22水分运动参数122入渗参数23本构关系123kostiakov三参数模型24数值模拟124饱和导水率25微地形改造125饱和与非饱和带土壤水26异质性126非饱和27多孔介质127非均匀流28地表水流运动模型128降水入渗试验29地下滴灌129钠离子30土壤水分运动130质地剖面31土壤水分入渗131评价32土壤水分132融化33土壤入渗133蓄水坑34四面山134节水潜力35含水量135耦合模拟36变容重土壤136考斯加科夫模型37分形137红壤38入渗参数138穿透曲线39入渗139空间均化40元谋干热河谷140空间变异性41二层模型141空间不均匀性42spearman秩相关分析142碘-淀粉染色示踪试验43kostiakov方程143砂沟滴灌44iparm方法144盐碱荒地改良45田面综合糙率46犁底层47灵敏度分析48灌溉49灌水质量50溶质运移方程51湿润锋52温度2008年2009年53测算54水文特性55水均衡56水分运动57水分迁移58水分入渗速率59水分入渗60水分61有限元62有效面孔隙度63指标64层状土65导水装置规格66导水装置67客重68宏观非均匀特征69宏观非均匀性70季节性冻土71大孔隙72地表覆盖73地下水埋深74土壤结皮75土壤粘粒含量76土壤入渗能力控制阶段77土壤入渗能力78土壤入渗参数79土壤体积质量80同步推求81分形本构关系82分层土壤83减渗率84冻结85入渗能力86供水强度87modflow88green-ampt模型

一维地下水溶质运移模型多参数反演

程林;韩龙喜;刘晓华;王琰;陈奇良

【摘要】Based on a one-dimensional groundwater solute transport model ,

the influences of monitoring frequency and measurement precision on

joint inversion results of the longitudinal dispersion coefficient DL , the

effective porosity n, and the flow velocity u were studied using the

differential evolution algorithm .Two typical cases , the instantaneous

source and continuous source conditions , were constructed to verify the

reliability of the differential evolution algorithm . Numerical experimental

results show that the differential evolution algorithm has the

characteristics of fast convergence and high precision , and it can be

applied to the inversion of hydraulic and water quality parameters of

solute transport models under the conditions of an instantaneous source

非饱和下蜀土边坡稳定性数值分析研究

孙萍;薛涛;孙雪

【摘要】In order to avoid the geological disasters caused by rock landslide

to the people's lives and property caused serious harm,taking into account

the soil in the unsaturated state,soil slope stability evaluation is particularly

important. The soil shear strength and soil-water characteristic curves of

soil in Xiashu soil slope of Nanjing are studied,and the strength of Xiashu

soil is analyzed. By using the finite element analysis software ABAQUS and

the strength reduction method,the stability of the slope is analyzed when

the soil slope is saturated and unsaturated. The strength reduction is used

to simulate the effect of rainfall or water level rise. It is found that the

safety factor of the slope decreases during rainfall,and it is not conducive

to slope stability. It is found that the depth of the plastic zone of the soil

【国家自然科学基金】_水动力参数_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

序号科研热词推荐指数序号科研热词1船舶操纵性21粒度2系统辨识22数值模拟3流速23粒度参数4支持向量机24粒径趋势分析5黄土坡面15粒度特征6雷诺数16南黄海7阻滞系数17龙街粉砂层8阻力18黏土矿物9长江口19高光谱10遗传算法110饱和与非饱和带土壤水11运移规律111风生流12输运过程112面元法13藻类113非定常14苏北新洋港114降水入渗试验15船舶主动防撞115阻力系数16船-桥干扰116重金属模型17糙率系数117采收率18糙率参数118运动学19粒径趋势分析119越南20空间变异性120赤潮21矿山环境工程121贝叶斯推理22瞬时剪应力122裂隙岩体23甲基叔丁基醚123衰减二乘24生物效应浓度124表层沉积物25生态环境质量评价125自组织机制26煤矸石126自回归模型27灵敏度127胸鳍模式28潮流作用128耦合模拟29潜在生态危害指数129耦合模型30演化阶段130纵摇轴31溶质131红河三角洲32淋溶液132红树林33海水入侵133红壤34泥沙起动134紊流模型35河网水动力学模型135粘性沙36沉积物粒度136等效连续介质模型37水华137穿透曲线38水动力特性138空间分布特征39水动力学模型139磁化率40水动力参数140盐度41水力几何性质141环境水力学42桥墩被动防撞142煤层气43桥区安全通航143激光粒度仪44柱状样144潮间带45曹娥江145潮流46新安江模型146滩角47数学模型147溶质运移48数值实验148源区示踪49推移质149温室气体50扰动150渗流51径流151淹没状态52弥散系数152深圳湾2008年2009年53底栖动物群落结构153海洋环境54嵌套建模154海洋地质学55局部冲刷155海州湾56富营养化156洪水预报57大涡模拟157洪水淹没范围58多组分158洛阳江河口59坡面流159波流60地质累积指数160沿岸流61地貌瞬时单位线161油藏数值模拟62地貌水文学162河网63地下水污染163河流型水库64土柱实验164河口湿地65吸附165沉积速率66后台阶流166沉积物输运67变密度水流167沉积物粒度参数68反演168沉积物69参数漂移169沁水盆地70单宽土壤侵蚀产沙量170污染物浓度71区间入流动态修正171污染源识别72动力学模型172水沙数学模型73临界失控水动力干扰区173水文条件变化74一维对流-弥散方程174水文学及水资源75水动力特征76水动力性能77水动力学模型78水分入渗79校正技术80柔性鳍81有限差分82有限元法83有限元84最大攻角85斯特劳哈尔数86数值试井87数值振荡88数值弥散89敏感性分析90支持向量机分类91推进性能92拍动翼93成因与环境94成因95感潮河网区96悬浮隧道97库姆塔格沙漠98射流参数99对流-弥散方程100太湖101垂向二维模型102均匀流103地统计学104地下水溶质运移105土壤容重106因子分析

【国家自然科学基金】_参数反求_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

序号科研热词推荐指数序号科研热词1遗传算法51遗传算法2运动规律12反求工程3转向盘性能13齿轮4车道变换14齿根应力5试验设计15飞机建模6裂隙16飞机7紧缩场17非裁剪b样条曲面8等效材料参数18非线性方程9移动最小二乘19阵地地貌10碰撞仿真110钢板弹簧11溶质运移模型111调和映射12渗透性112网格密度13海水入侵113离散梁14法向刚度114硝态氮运移15材料参数115相机标定16期望运行轨迹116生物量生产和分配17有限元117灌溉18曲率118源-汇关系19数值-试验混合模型方法119油松20微元法120模拟21弥散系数121模型重建22平行分度凸轮机构122林木结构-功能模型23岩石力学123板料折弯成形24岩体124有限元25尺度效应125数据处理26夹层面板126拓扑结构27塑性参数127多孔金属28埋深128声学参数29地下水129地貌测量30土柱实验130回弹预测31响应面方法131叶片32响应面132可靠性反求设计33变密度水流133变形34反问题134反求方法35反演135反求36反求算法136反向求解37反求137反向传播神经网络38反向工程138动力学参数39参数识别139分解技术40参数反求140凸模设计41功能梯度材料141冬小麦42分维理论142仿真43凸轮轮廓143n边域填充44冲压144bp神经网络45体积模量146一维对流-弥散方程147β样条曲线12008年2009年