中国长江三峡地区花岗岩坡面管流运动特性
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- 2021-09-10
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人们早就认识到土体内的水分运动,在很多时候并不都遵从达西定律所描述的呈层流流态,只有当雷诺数Re≤10时,土壤水分运动才遵从达西定律.该文通过观察位于中国长江三峡地区湖北省秭归县花岗岩坡面下部开挖的一长度为2.9m、深度为2.13-2.60m的土壤剖面,发现土管主要分布在B层(花岗岩风化程度较高的层次)和c层(花岗岩风化程度较低的层次)的过渡带附近.在坡面下部坡脚部位垂直于坡长方向上,每米宽度大约分布有土管5-7个.通过连续观测实验坡面的土管在多场降雨过程中的管流现象,发现管流流速与沿程水力坡降呈现非线性关系,而呈一定的抛物线关系.结合土壤、地质和土地利用状况等调查结果,经对多场降雨及管流观测数据进行整理分析,建立了研究地点的管流模型.由管流模型计算的管流流速VP、流量Qp和土管半径r,与4个管流的实测值具有较好的相似性.尤其是依据模型模拟的土管长度X,反映出不同土管由于所处剖面位置的差异,其长度差别较大,所模拟的4条土管长度分别为研究集水区最长距离的98.1%、27.6%、11.0%和3.0%.管流模型建立过程及模拟结果均反映出管流是土壤水分运动的一种特殊形式,它遵从Darcy-Weisbach定律所描述的土壤水分运动.其水分通量远大于一般意义上的土壤水分渗透量.降雨导致地下水层厚度d大于土管直径并同时淹没土管,是产生管流的必要条件之一.此时管流流量Qp与地下水层厚度d成正相关关系.
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