城市水文循环降雨入渗条件的调控与修复模型

以城市化进程中的人水关系为中心，以基于雨水的可调控集蓄体系为主线，从城市水文学的角度研究城市化前后同一地区水文循环过程的改造机理、与城市化同步的水文循环降雨入渗条件的调控与修复的可行性和应用模型。力求为城市地区地下水再生能力的不断增强、城市环境承载力的逐步改善以及城市水循环过程的恢复提供科学依据。研究成果将开拓城市化进程中人水关系良性互动的新模式，对城市的可持续发展和西部开发具有重要意义。 2100433B

全球气候的持续恶化，人类活动对自然环境的影响持续加剧，导致各类地质灾害层出不穷，其中滑坡是一种常见的地质灾害。根据对各种因素引发滑坡的频度统计，降雨是诱发滑坡的主导因素，研究降雨诱发滑坡的机制具有重要意义。 自然条件下由于地质作用以及风化作用等的影响，岩土常常表现出层状结构。针对此类边坡，应用不同的雨水入渗模型，研究不同降雨强度、表层土渗透系数、下层土渗透系数等情况下雨水的入渗过程。进而将雨水入渗过程分为不同时间，推导不同时间段层状边坡体中润湿锋的深度以及剖面中饱和度的变化，包括降雨停止后，雨水在土体的重分布过程，并由此分析边坡在降雨条件下的破坏过程。 建立雨水重分布的GA扩展模型，计算坡体内雨水重分布后的含水率。基于非饱和土抗剪强度理论的极限平衡法，建立无限长边坡安全系数与雨水累积入渗量以及雨水重分布持时的关系，从而阐释滑坡滞后性的机理；通过简化考虑气阻的入渗模型，研究气压对湿润峰下移的阻碍作用以及对入渗率的影响，对下部为基岩的大面积浅层边坡雨水入渗过程以及边坡稳定进行分析。研究结果表明，封闭气压显著降低了水体的入渗率，对安全系数的降低具有明显的延时性，从机理上揭示了部分地区雨后滑坡频繁发生的重要原因；倾角对雨水入渗和稳定性影响的探讨。目前大部分入渗模型是以水平面为基础建立的，深入探讨了累积入渗量和安全系数随边坡倾角增加的敏感度，将有助于进一步了解边坡入渗特性和准确判断边坡滑坡失稳；基于等效介质连续模型，将坡体表面的裂隙土看作由裂隙网络和土基组成的双孔隙体系，总结出一种确定裂隙土双峰特性的等效非饱和水力参数的方法。利用此预测的双峰特性的土水特征曲线来定量分析降雨条件下裂隙网络对坡体渗流场的影响，结果表明裂隙网络的存在为入渗雨水提供了优先通道，从而对边坡的稳定产生影响；建立了考虑饱和渗透系数变异性的降雨入渗物理模型，并藉此模型确定了坡体湿润锋深度和含水率分布，探讨了饱和渗透系数的变异系数、降雨持时和降雨强度对边坡破坏概率以及破坏发生时间概率分布的影响。结果表明在降雨初期，边坡的破坏概率随饱和渗透系数变异性的增强而逐渐增加，但随着降雨的持续，破坏概率开始随变异性的增强而显著降低，且滑坡最可能发生时间的大小并不受饱和渗透系数的变异性的影响，而是直接取决于降雨强度。 2100433B

自然条件下由于地质作用以及风化作用的影响，岩土表现出层状结构，在降雨入渗条件下沿接触面产生滑动破坏，此类边坡视为双层结构类型。双层边坡条件下借用Moore模型研究雨水入渗过程，通过将雨水入渗过程划分为不同阶段，获得不同时间不同深度处的饱和度、润湿锋深度等信息，简化雨水入渗过程的分析。滑坡发生过程中剪切面的破坏是一个渐进的过程，剪切带内发生应变局部化，导致应用经典连续介质力学理论进行有限元分析时，数值结果病态地依赖于单元的尺寸，应变局部化带的范围依赖于有限元网格密度，引入非局部变形理论来反映坡体剪切带内部微结构的演化过程及相互作用。通过将滑坡视为二元结构来简化雨水入渗过程，以及将非局部变形理论应用到剪切带的渐进破坏分析来揭示双层结构边坡雨水入渗的发生、发展及剪切带的渐进破坏过程，为滑坡的预防和治理提供依据。

影响降雨入渗补给系数值大小的因素很多，主要有包气带岩性、地下水埋深、降水量大小和强度、土壤前期含水量、微地形地貌、植被及地表建筑设施等。此系数按计算时段分为次降雨入渗补给系数口次、年降雨入渗补给系数，和多年平均降雨入渗补给系数。