夹砂层状土条件下渠道渗漏的室内试验和数值模拟.pdf

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1、第26卷2010色第8期8月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVbl．26No．8Aug．201033夹砂层状土条件下渠道渗漏的室内试验和数值模拟孙美，毛晓敏※，陈剑，冯绍元(中国农业大学水利与土木工程学院中国农业水问题研究中心，北京100083)摘要：为了解渠床含有夹砂层情况下的渠道渗漏规律，开展了均质土(砂壤土)和层状土(含夹砂层)条件下的室内渠道渗漏试验，对不同渠道水位、渠床上质结构影响下渠道渗漏量的变化以及土壤中湿润锋的前进过程进行了试验观测。选用饱和一非饱和土壤水、热和溶质运移模拟软件HYDRUS．2D，对室内试验过程进行了模拟验证及分析。

2、结果表明，渠床中禁锎气体的存在可能阻碍湿润锋行进，使模拟结果产生误差。但总体来说基于Richards方程的饱和一非饱和七壤水分运动模型能够对含有夹砂层渠床的渠道渗漏及土壤水分运动进行模拟。当渠床中有砂质夹层时，湿润锋在交界面处会出现不连续的现象。夹砂层的阻水减渗现象在渠道水位较低时比较明显，当渠道水位较高时，夹砂层的存在甚至会增大入渗量。研究成果可为渠床含有砂层情况下的渠道防渗技术提供参考。关键词：渠道，渗漏，数值分析，Richards方程，层状土，HYDRUS一2Ddoi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．08．005中图分类号：$271文献

3、标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一08—0033—06孙美，毛晓敏，陈剑，等．夹砂层状土条件下渠道渗漏的室内试验和数值模拟【J]．农业工程学报，2010，26(8)：33—38．SunMei，MaoXiaomin，ChelaJian，eta1．Laboratoryexperimentandsimulationoncanalseepagethroughsandinterlayer[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(8)：33--38．(inChinesewithEnglishabstrac00引言渠道输水过程中的渗漏损失是

4、渠道设计流量推算中必须考虑的因素，影响渠道渗漏损失的因素很多，如渠床和F部十层的渗透系数、渠道内水深、渠道断面形式、地下水埋深掣1J。为探明渠道渗漏及地面入渗过程中的土壤水分运动规律，国内外许多学者进行了大量的研究，Bouwer认为渠床高程增大时，稳定状态时的渗流量线性增加【2J。Colman和Bodman研究认为无论细质十覆盖粗质土还是粗质土覆盖细质土，土壤都可看成是均质的，并且入渗过程由细质土控制【3j。王文焰等的研究表明黄土中砂层有阻水性，使水分在一定时间内停留在上层土壤中，而且砂层还具有减渗性，使湿润锋下移速度变型4

5、。在数值模拟方面，HYDRUS．2D在模拟饱

6、和．非饱和土壤水、热和溶质运移有丰富的功能【5‘7J，Phogat等用壤质土槽模拟了渠床高程对渠道渗漏量和地下水升高的影响，结果表明渠道渗漏量和地下水壅水高度随渠床高程增加而线性增加，用HYDRUS．2D模型模拟验证，结果吻合较好【sj。王莹莹用HYDRUS．2D模型模拟了西北干旱地区地下水深埋情况下不同衬砌类型的渠道渗漏情况，模拟中探讨了渠床土质、收稿日期：2009．11-30修订日期：2010—06一15基金项目：国家自然科学基金项目(50979105)；教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-07-0814)：北京市重点学科“水文学及水资源”建设项目作者简介：

7、孙美(1986一)，女，黑龙汀省哈尔滨人，中国农业工程学会会员(E040000321A)，主要从事水文水资源及农业水上工程研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院，100083。Email：sunmei-045I@163．com※通信作者：毛晓敏，(1971一)，女，山东菏泽人，博上，副教授，主要从事水文水资源及农业水士工程研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院，100083·Email：maoxiaomin@tsinghua．org．∞渠道衬砌对渠道渗漏过程的联合作用，得到的模拟结果与观测数据吻合较好【91。以上研究表明，采用数值方法模拟渠道渗漏过程中的非饱和土壤水

8、分运动具有较高的可靠性。本文针对渠道下土壤多旱层状分布的特点，开展了夹砂层状土条件下渠道渗漏的室内试验和数值模拟研究，通过观测和模拟不同积水水头入渗过程中累积入渗量变化、渗漏水在渠道周边土壤中湿润锋行进等，了解具有夹砂层渠床条件下渠道渗漏的规律，为相应情况下渠道渗漏过程的研究及灌区渠道的防渗处理提供参考。1材料与方法1．1室内试验1．1．1试验设计试验于2009年春季在中国农业大学东校区水院试验大厅进行。为了分析渠道水位、渠床土壤结构特性对渠道渗漏过程的影响，进行了均质土、层状土情况下的渠道渗漏试验，并用类似的砂壤土质做过均质土和层状土入