導(dǎo)言：作為寫(xiě)作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇人工降雨的特征，它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

關(guān)鍵詞 人工液態(tài)水含量；人工影響天氣；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)P4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2015）145-0057-01

人工降水是一項(xiàng)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，它主要是對(duì)需要進(jìn)行降水地區(qū)的云層實(shí)施降水技術(shù)。在人工影響天氣作業(yè)中，云中液態(tài)水含量的相關(guān)數(shù)值很重要，它是決定是否能夠進(jìn)行人工降雨的重要因素。近幾年，云中液態(tài)水含量在人工影響天氣中的應(yīng)用是氣象研究者的研究熱點(diǎn)，在研究過(guò)程中，運(yùn)用有效的探測(cè)方法來(lái)研究云中液態(tài)水含量，并對(duì)該技術(shù)在人工降雨中的推廣做出前景展望。下面我們就來(lái)具體分析一下。

1 云中液態(tài)水在人工影響天氣中的意義

云中液態(tài)水可以保持大氣中的水分收支平衡，它的分布特征與演變規(guī)律是氣象研究者的研究重點(diǎn)。云中液態(tài)水的意義很深遠(yuǎn)，它并不是獨(dú)立的個(gè)體，與其他水分子之間是相互作用的，并對(duì)全球氣候的變化產(chǎn)生有重要的影響。在氣象學(xué)與物理學(xué)研究過(guò)程中，云中液態(tài)水含量是比較重要的云物理參數(shù)，它是氣象研究者研究云物理過(guò)程的主要參考，也是氣象局進(jìn)行人工降雨作業(yè)的重要指標(biāo)。另外，云中液態(tài)水含量的高低可以直接影響人工降雨的效果，可見(jiàn)云中液態(tài)水在人工影響天氣中的重要作用。

人工影響天氣作業(yè)過(guò)程中，云中液態(tài)水含量包含過(guò)冷水含量，實(shí)際上過(guò)冷水含量在人工降雨過(guò)程中是很重要的參照指標(biāo)，以我國(guó)北方進(jìn)行人工降雨目標(biāo)云系來(lái)說(shuō)，主要將該云系分為三個(gè)層次，并且需要從上到下進(jìn)行分層，主要有冰晶層、冰晶與冷水滴共存層、水滴層。其中，冰晶層主要在-25℃到-30℃之間的區(qū)域。另外，冰晶的濃度相對(duì)較高，經(jīng)過(guò)凝華后增長(zhǎng)到最高點(diǎn)會(huì)自由下落，自由下落的過(guò)程中會(huì)播種目標(biāo)云系中間層的冰晶，從而形成冰晶與冷水滴共存層，這一層次的溫度一般在零攝氏度以下，它是根據(jù)冰水的轉(zhuǎn)化進(jìn)而形成的，也可以說(shuō)它有“飼養(yǎng)”冰晶的作用。在目標(biāo)云系的最底層，由于過(guò)冷水滴比較繁多，相對(duì)成熟的冰晶通過(guò)對(duì)過(guò)冷水滴的獲取逐漸開(kāi)始變大，從而形成了雪花。目標(biāo)云系中的水滴層，溫度一般在零攝氏度以上，中間層的冰晶落入水滴層后由于溫度的升高會(huì)融化成雨滴，雨滴在掉落過(guò)程中就會(huì)因相互摩擦而逐漸增大。通過(guò)以上的分析我們可以了解到，在目標(biāo)云系中的中間層與最下層中，過(guò)冷水滴與云中液態(tài)水含量都與降水有著很密切的聯(lián)系。

2 云中液態(tài)水的探測(cè)方法

為了更好的觀測(cè)氣候變化與災(zāi)害天氣的發(fā)生，氣象部門(mén)要有計(jì)劃地測(cè)量云中液態(tài)水，這對(duì)更好的掌握人工降雨的指標(biāo)也具有重要意義。云和雨在氣象部門(mén)研究中變化指數(shù)都很大，并且具有一定的復(fù)雜性和多變性。所以，科研人員在進(jìn)行云中液態(tài)水含量的探測(cè)過(guò)程中，難度也比較大。目前，我國(guó)氣象部門(mén)的探究重點(diǎn)就是要及時(shí)、準(zhǔn)確的探測(cè)出云中液態(tài)水含量，這將是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。對(duì)于云中液態(tài)水含量的探測(cè)方法有很多種，運(yùn)用比較多的探測(cè)方法為微波輻射計(jì)探測(cè)、衛(wèi)星遙感探測(cè)、飛機(jī)探測(cè)與雷達(dá)探測(cè)。這四種探測(cè)方法各有利弊，在探測(cè)過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際狀況選擇合適的探測(cè)方法才能夠取得理想效果。

近幾年，微波輻射計(jì)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，相對(duì)其他探測(cè)技術(shù)也比較成熟，在云中液態(tài)水含量的探測(cè)過(guò)程中，由于所需的探測(cè)時(shí)間比較長(zhǎng)，所以需要探測(cè)技術(shù)具有很好的連續(xù)性。但是微波輻射計(jì)探測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)是獲取的信息具有局限性，并不能全面、系統(tǒng)的探測(cè)出想要得到的相關(guān)數(shù)據(jù)。如果運(yùn)用微型遙感探測(cè)技術(shù)來(lái)探測(cè)云中液態(tài)水含量，可以獲取比較廣泛的探測(cè)信息，而它的缺點(diǎn)則是會(huì)因?yàn)闀r(shí)間與空間影響分辨率，人工發(fā)出的作業(yè)要求不能及時(shí)回應(yīng)，從而會(huì)延誤工作進(jìn)度。目前，只有飛機(jī)探測(cè)才可以直接探測(cè)到云中液態(tài)水含量，由于條件有限，我國(guó)的增雨飛機(jī)只有增雨一個(gè)用途，并不能做云中飛行探測(cè)工作。同時(shí)，在降雨過(guò)程中飛機(jī)并不能探測(cè)到整個(gè)降雨過(guò)程，針對(duì)云中水含量中的數(shù)據(jù)也無(wú)法進(jìn)行探測(cè)，因此，如果氣象局在人工降雨中有實(shí)時(shí)探測(cè)的需求，飛機(jī)探測(cè)是做不到的。

在對(duì)云中液態(tài)水含量進(jìn)行探測(cè)過(guò)程中，只有雷達(dá)最能滿(mǎn)足探測(cè)的需求，它不僅可以保證空間探測(cè)的連續(xù)性，還可以在所有空間范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，在人工影響天氣作業(yè)中雷達(dá)探測(cè)技術(shù)可以發(fā)揮出它的全部?jī)?yōu)勢(shì)。近幾年，雷達(dá)產(chǎn)品與探測(cè)技術(shù)相繼被提出，在人工影響天氣中被廣泛應(yīng)用，它可以準(zhǔn)確的獲取云中液態(tài)水含量，還可以實(shí)時(shí)的了解水含量在云中的分布狀況，對(duì)人工降雨來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。根據(jù)研究表明，雷達(dá)技術(shù)可以從不同高度、不同角度探測(cè)出云中液態(tài)水含量，可以給人工降雨的區(qū)域?qū)崟r(shí)的提供有效的數(shù)據(jù)，從而推動(dòng)我國(guó)人工影響天氣技術(shù)的不斷發(fā)展。

1998年，我國(guó)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)出現(xiàn)，它對(duì)于人工影響天氣的作業(yè)有至關(guān)重要的作用。在垂直積分液態(tài)水含量被提出后，它可以直接的反映空中水資源的分布狀態(tài)，因此為人工降雨工作帶來(lái)重要的參考數(shù)據(jù)，從而也在人工影響天氣作業(yè)中被廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)反復(fù)的研究試驗(yàn)，可以了解到，雖然垂直積分液態(tài)水含量在目前被廣泛的運(yùn)用，但是它也有不足之處，它不能準(zhǔn)確的分辨清楚云中降水粒子的性質(zhì)，在整個(gè)云層中，垂直積分液態(tài)水含量主要是根據(jù)不同雨滴建立的雷法反射率因子和液態(tài)水含量獲得的，根據(jù)云層的變化和降水粒子的不同，雷達(dá)所反射出來(lái)的因子和云中液態(tài)水含量中有不一樣的關(guān)系，因此，垂直積分液態(tài)水含量在計(jì)算過(guò)程中就會(huì)存在一定誤差。

3 云中液態(tài)水含量探測(cè)技術(shù)在人工影響天氣中的應(yīng)用前景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的水平也在不斷進(jìn)步，在氣象研究中，雷達(dá)技術(shù)以及其他探測(cè)氣象技術(shù)設(shè)備在不斷的更新與完善，此后將利用高新技術(shù)精準(zhǔn)的探測(cè)云中液態(tài)水含量。隨著探測(cè)技術(shù)的不斷完善，探測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確度與連續(xù)性也相繼提高，給人工影響天氣的作業(yè)帶來(lái)一定的參考價(jià)值。在目前來(lái)看，云中液態(tài)水含量的探測(cè)技術(shù)還存在許多問(wèn)題，需要將不同的探測(cè)設(shè)備相互結(jié)合，彌補(bǔ)技術(shù)中的不足，這個(gè)問(wèn)題也是未來(lái)氣象研究員需要研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)云中水含量在人工影響天氣中應(yīng)用的分析可以了解到，氣象部門(mén)要想更好的掌握人工影響天氣的重要指標(biāo)，就必須準(zhǔn)確的探測(cè)出云中液態(tài)的水含量。除此之外，氣象研究人員還需要利用相應(yīng)的云中液態(tài)水探測(cè)技術(shù)，來(lái)準(zhǔn)確的獲取云中液態(tài)水含量。云中液態(tài)水含量的數(shù)據(jù)在人工影響天氣作業(yè)中及其重要，因此要具有準(zhǔn)確性。在未來(lái)的人工影響天氣工作中，氣象研究員要完善并運(yùn)用云中探測(cè)高新技術(shù)，精確的探測(cè)出云中液態(tài)水含量，從而會(huì)在一定程度上提升氣象部門(mén)人工降雨的效果，也可以大大滿(mǎn)足人們對(duì)降雨的需求。

參考文獻(xiàn)

篇2

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1.引言

斜拉橋是一種由三種基本承載構(gòu)件，即梁（橋面）、塔和兩端分別錨固在塔和梁上的拉索共同承載的結(jié)構(gòu)體系，以其結(jié)構(gòu)受力性能好、跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)造型多姿多彩、抗震能力強(qiáng)及施工方法成熟等特點(diǎn)，而成為現(xiàn)代橋梁工程中發(fā)展最快、最具有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型之一，在橋梁工程中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

由于斜拉索質(zhì)量、剛度和阻尼都很小，隨著斜拉橋跨度的增大，拉索振動(dòng)問(wèn)題的影響日益顯著。在各種振動(dòng)情況中，風(fēng)雨激振是拉索風(fēng)致振動(dòng)中最強(qiáng)烈的一種，且風(fēng)雨激振的起振條件容易滿(mǎn)足，振幅極大，對(duì)橋梁的危害最為嚴(yán)重，因而關(guān)于斜拉橋拉索風(fēng)雨激振的研究得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。

風(fēng)雨激振是指干燥氣候下氣動(dòng)穩(wěn)定的圓形截面的拉索，在風(fēng)雨共同作用下，由于水線的出現(xiàn)，改變了拉索的截面形狀，使其在氣流中失去穩(wěn)定性，由此發(fā)生的一種大幅振動(dòng)。

2.研究現(xiàn)狀

2.1.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是最早用于研究風(fēng)雨激振的手段。它可以獲得拉索風(fēng)雨激振最準(zhǔn)確的特征，為驗(yàn)證風(fēng)洞試驗(yàn)和理論分析研究結(jié)果的真實(shí)性、可靠性提供寶貴的資料。

Hikami等[1]對(duì)日本名港西(MeikoNishi)大橋的實(shí)測(cè)。20世紀(jì)80年代，在日本建造名港西大橋的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了比較嚴(yán)重的風(fēng)雨激振現(xiàn)象，Hikami等選取了其中24根索進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)該橋進(jìn)行了為期5個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)內(nèi)容包括索面的拉索振幅。

Main和Jone[3]對(duì)美國(guó)Fred Hartman橋的斜拉索風(fēng)雨激振記錄。進(jìn)行了16個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分析了記錄的5000組5分鐘時(shí)程的斜拉索加速度和氣象資料。

陳政清[4]等對(duì)洞庭湖大橋的實(shí)測(cè)。自2001年1月至2004年4月，陳政清在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下，與香港理工大學(xué)合作，在岳陽(yáng)洞庭湖大橋上進(jìn)行了連續(xù)4年的風(fēng)雨激振觀測(cè)研究。

通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家對(duì)風(fēng)雨激振現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的結(jié)果，得出了一些結(jié)論：(1) 與拉索振動(dòng)形態(tài)的關(guān)系。進(jìn)入穩(wěn)定的大幅振動(dòng)后，其波形猶如甩鞭狀，拉索表面會(huì)形成振蕩的水線，表現(xiàn)為低階振型。(2) 與環(huán)境參數(shù)的關(guān)系。風(fēng)雨激振存在起振振動(dòng)，只在一定風(fēng)速范圍內(nèi)發(fā)生；在無(wú)雨情況下，很少觀測(cè)到風(fēng)雨激振，而且雨量為小到中雨情況觀測(cè)到風(fēng)雨激振次數(shù)最多。(3) 與拉索本身參數(shù)的關(guān)系。風(fēng)雨激振的振幅大小與拉索的表面材料、長(zhǎng)度、風(fēng)偏角和傾斜方向等參數(shù)有關(guān)。

2.2.風(fēng)洞試驗(yàn)

按照水線的模擬方法，研究風(fēng)雨激振的風(fēng)洞試驗(yàn)可分為兩種類(lèi)型：人工降雨試驗(yàn)和人工水線試驗(yàn)。

1. 人工降雨試驗(yàn)

人工降雨試驗(yàn)是在風(fēng)洞內(nèi)通過(guò)人工模擬降雨，提供與實(shí)際拉索發(fā)生風(fēng)雨激振相類(lèi)似的風(fēng)雨條件，對(duì)通過(guò)彈簧懸掛在固定支架上的拉索節(jié)段模型進(jìn)行的一種試驗(yàn)形式。

2. 人工水線試驗(yàn)

人工水線試驗(yàn)是在風(fēng)洞內(nèi)對(duì)帶有人工水線的拉索節(jié)段模型進(jìn)行的一種試驗(yàn)形式。根據(jù)人工水線與拉索的連接形式和試驗(yàn)的測(cè)量?jī)?nèi)容的不同，人工水線試驗(yàn)可分為：固定人工水線測(cè)振試驗(yàn)、固定人工水線測(cè)力試驗(yàn)、固定人工水線測(cè)壓試驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)人工水線測(cè)振試驗(yàn)。

2.3.理論分析

目前關(guān)于斜拉索的風(fēng)雨激振問(wèn)題形成機(jī)理大致可分為如下幾類(lèi)觀點(diǎn)：

1. 馳振機(jī)理

日本的Hikami與Shiraishi[1]1985年在Meiko.Nishi橋最先觀測(cè)到風(fēng)雨激振現(xiàn)象。隨后他們通過(guò)一系列的人工降雨風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)了這一現(xiàn)象。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上初步分析了風(fēng)雨振的發(fā)生機(jī)理，認(rèn)為風(fēng)雨激振可能有兩種機(jī)理：一種是Den Hartog馳振機(jī)理；另一種是彎扭兩個(gè)自由度馳振機(jī)理。

2. 上水線振蕩誘發(fā)機(jī)理

H.Yamaguchi[6]認(rèn)為單自由度Den Hartog馳振理論不能解釋風(fēng)雨振的形成機(jī)理水線是風(fēng)雨激振不可缺少的條件，當(dāng)水線的振蕩頻率接近于拉索的自振頻率時(shí)，水線與拉索之間的相互作用導(dǎo)致斜拉索產(chǎn)生負(fù)阻尼，引發(fā)斜拉索發(fā)生大幅振動(dòng)。Peil, U.& Nahrath, N[8]認(rèn)為上水線的運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致風(fēng)雨振的主要原因。Seidel等[9]指出當(dāng)風(fēng)速大于某個(gè)限制，流動(dòng)不存在轉(zhuǎn)變，這時(shí)不會(huì)發(fā)生風(fēng)雨激振；發(fā)生風(fēng)雨激振的速度下限是由風(fēng)偏角和拉索傾斜角決定的。

3. 上水線特定位置致振機(jī)理

顧明和杜曉慶[10]建立了三維拉索風(fēng)雨激振的準(zhǔn)二自由度運(yùn)動(dòng)方程，氣動(dòng)力系數(shù)根據(jù)帶人工水線三維拉索模型試驗(yàn)得到，分析了水線平衡位置和水線振幅的取值，采用數(shù)值求解方法計(jì)算了拉索風(fēng)雨激振振幅，得出了水線特定位置是引起索結(jié)構(gòu)大幅振動(dòng)的主要因素的結(jié)論。

4. 渦激振動(dòng)機(jī)理

Delong Zuo[11]揭示了風(fēng)雨激振與高風(fēng)速下干索渦激振動(dòng)之間的聯(lián)系，認(rèn)為風(fēng)雨激振的內(nèi)在機(jī)理與渦激振動(dòng)的相同，與降水無(wú)關(guān)。由于風(fēng)偏角和拉索傾角的存在使得這種渦激振動(dòng)不同于經(jīng)典卡門(mén)渦脫，是一種三維渦激振動(dòng)。

2.4.CFD數(shù)值模擬

風(fēng)工程的研究方法中數(shù)值模擬是最近30年在前三種方法的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)的，下面的介紹為CFD技術(shù)在拉索風(fēng)雨激振方面的相關(guān)研究。

陳文禮和李惠[13]提出物理試驗(yàn)與CFD數(shù)值模擬的混合子結(jié)構(gòu)方法，通過(guò)與圓柱渦激振動(dòng)的流固耦合方法結(jié)果進(jìn)行比較，分析了上水線對(duì)繞流場(chǎng)特性的影響，然后采用有限元程序ANSYS和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)程序CFX對(duì)考慮風(fēng)速剖面的CFRP斜拉索渦激振動(dòng)進(jìn)行流固耦合方法的CFD數(shù)值模擬。

3.結(jié)語(yǔ)與展望

本文參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì)斜拉橋拉索風(fēng)雨激振問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié), 并對(duì)今后的研究提出展望?？偨Y(jié)如下:

在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和風(fēng)洞試驗(yàn)方面，未來(lái)的研究應(yīng)更加關(guān)注水線的形成及其在風(fēng)雨激振中的作用，精確測(cè)量不同拉索運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的水線形狀和位置，為理論分析和數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)。

在理論分析方面，雖然國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者和專(zhuān)家提出了各種理論模型和數(shù)值解析方法分析風(fēng)雨激振發(fā)生機(jī)理，但是迄今為止還是沒(méi)有一種大家公認(rèn)的對(duì)斜拉索風(fēng)雨激振的發(fā)生機(jī)理能夠完全解釋清楚的模型，今后的研究應(yīng)側(cè)重于風(fēng)雨激振的軸向流、風(fēng)場(chǎng)與水線間的氣液兩相耦合現(xiàn)象以及風(fēng)場(chǎng)、水線與拉索間的氣液固三相耦合現(xiàn)象的研究，對(duì)風(fēng)雨激振機(jī)理進(jìn)行更加深入和精細(xì)化的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] HIKAMI Y，SHIRAISHI N． Rain-wind-induced vibrations of cables in cable stayed bridges [J]. Journal ofWind Engineering and Industrial Aerodynamics，1988，29: 409 － 418．

[2] 顧明，劉慈軍，羅國(guó)強(qiáng). 斜拉橋拉索的風(fēng)（雨）激振及控制 [J]. 上海力學(xué), 1998, 12: 281~288.

[3] 陳文禮. 斜拉索風(fēng)雨激振的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]. 黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[4] U. Peil, N. Nahrath, Modeling of rain-wind induced vibration [J], Wind and Structue, 2003, 6(1), 41~52.

篇3

中圖分類(lèi)號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）22-0018-03

1 一維垂直入滲模型

2 模型驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證本文數(shù)值模擬結(jié)果，在直徑為15cm的有機(jī)玻璃柱進(jìn)行人工降雨條件下土壤垂直入滲試驗(yàn)。供實(shí)驗(yàn)土壤采自三峽大學(xué)北校門(mén)的某工地的粉質(zhì)粘土，將其風(fēng)干過(guò)5mm的篩后按不同的初始含水量配置，靜置24小時(shí)時(shí)期水分均勻，按照設(shè)計(jì)容重每層10cm裝入到玻璃柱。以降雨強(qiáng)度、初始含水量和干密度3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)2組實(shí)驗(yàn)，來(lái)對(duì)模型模擬的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)土壤的物理性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用的土樣來(lái)自三峽大學(xué)某建筑工地。根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程（SL237-1999）中土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可知實(shí)驗(yàn)所用土樣屬于粉質(zhì)粘土。土樣的基本物理性質(zhì)見(jiàn)表2所示。

不同干密度下的土壤水分特征曲線通過(guò)顆分試驗(yàn)和Arya-Paris模型，計(jì)算出土壤顆粒每一級(jí)的含水量和基質(zhì)勢(shì)，再擬合得到VG模型的參數(shù)，見(jiàn)表3。

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬比較

為了驗(yàn)證模型的可靠性，將matlab軟件編程求解的不同試驗(yàn)處理的一維降雨垂直入滲過(guò)程與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。

3.1 不同雨強(qiáng)下的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬比較

3.2 不同初始含水量下的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬比較

3.3 不同干密度下的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬比較

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了降雨強(qiáng)度、土壤的初始含水量和干密度分別對(duì)非飽和土壤一維水分運(yùn)動(dòng)影響規(guī)律，采用了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了研究，本文得到以下結(jié)論：

（1）雨強(qiáng)較大的數(shù)值模擬結(jié)果要優(yōu)于雨強(qiáng)小的結(jié)果，本文的降雨入滲模型更適用于雨強(qiáng)較大的情形。

（2）當(dāng)降雨強(qiáng)度一定時(shí)，土壤的初始含水量越大，土壤的剖面含水量變化越快。也進(jìn)一步說(shuō)明了土壤的初始含水量會(huì)對(duì)下滲有一定的影響作用。但是土柱上表面達(dá)到飽和時(shí)刻與初始含水量無(wú)關(guān)。

（3）土壤的干密度越大，孔隙率就越小，土壤的入滲率就越小，濕潤(rùn)鋒向前推進(jìn)的速度越慢。

參考文獻(xiàn)

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篇4

Abstract: from the field observation, wind tunnel test, the theoretical analysis and the CFD simulation four aspects to cable-stayed Bridges of vibration problems and the present study status of generalization and summarized, analyzed the existing research results, the research direction in the future was prospected for relevant researchers reference.

Keywords: cable-stayed bridge; The lasso; Rain excitation

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1.引言

斜拉橋是一種由三種基本承載構(gòu)件，即梁（橋面）、塔和兩端分別錨固在塔和梁上的拉索共同承載的結(jié)構(gòu)體系，以其結(jié)構(gòu)受力性能好、跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)造型多姿多彩、抗震能力強(qiáng)及施工方法成熟等特點(diǎn)，而成為現(xiàn)代橋梁工程中發(fā)展最快、最具有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型之一，在橋梁工程中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。進(jìn)入二十世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能的提高、正交異性橋面板制造工藝的成熟以及施工技術(shù)的進(jìn)步，斜拉橋在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，其跨徑已經(jīng)進(jìn)入以前懸索橋適用的特大跨徑范圍。目前，世界約建成300多座斜拉橋，作為斜拉橋建設(shè)史上里程碑的日本的多多羅大橋（主跨890米）和法國(guó)的諾曼底大橋（主跨856米）首次使斜拉橋進(jìn)入特大跨度橋梁領(lǐng)域。我國(guó)斜拉橋建設(shè)起步較晚，但發(fā)展迅速，自1977年建成重慶云陽(yáng)橋（主跨76米）以來(lái)，目前已建成各類(lèi)斜拉橋200余座，包括上海楊浦大橋（主跨602米）、南京長(zhǎng)江二橋（主跨628米）、南京長(zhǎng)江三橋（主跨648米）、香港昂船洲大橋（主跨1018米）等一批大跨度橋梁；2008年6月30日，蘇通長(zhǎng)江大橋（主跨1088米）正式通車(chē)，成為當(dāng)今世界跨徑最大斜拉橋，使斜拉橋跨度突破千米大關(guān)。

由于斜拉索質(zhì)量、剛度和阻尼都很小，隨著斜拉橋跨度的增大，拉索振動(dòng)問(wèn)題的影響日益顯著。在各種振動(dòng)情況中，風(fēng)雨激振是拉索風(fēng)致振動(dòng)中最強(qiáng)烈的一種，且風(fēng)雨激振的起振條件容易滿(mǎn)足，振幅極大，對(duì)橋梁的危害最為嚴(yán)重，因而關(guān)于斜拉橋拉索風(fēng)雨激振的研究得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。

風(fēng)雨激振是指干燥氣候下氣動(dòng)穩(wěn)定的圓形截面的拉索，在風(fēng)雨共同作用下，由于水線的出現(xiàn)，改變了拉索的截面形狀，使其在氣流中失去穩(wěn)定性，由此發(fā)生的一種大幅振動(dòng)。1984年日本學(xué)者Hikami和Shiraishi首次在Meikonishi橋上詳細(xì)觀察到了拉索的風(fēng)雨激振現(xiàn)象，直徑140mm的斜拉索在14m/s風(fēng)速下振幅值達(dá)到275mm。1995年，美國(guó)的Fred Hartman橋由于斜拉索的風(fēng)雨振動(dòng)導(dǎo)致斜拉索的根部索套開(kāi)裂。中國(guó)的楊浦大橋尾索在風(fēng)雨共同作用下曾發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)其最大振幅超過(guò)1米，在1994年和1995年曾三次因拉索的振動(dòng)而導(dǎo)致減振器脫落。洞庭湖大橋在2000年建成以來(lái)，發(fā)生多次較強(qiáng)烈的風(fēng)雨激振現(xiàn)象。斜拉索發(fā)生大幅振動(dòng)的危害是顯而易見(jiàn)的，會(huì)引起拉索的疲勞，在索錨接合處產(chǎn)生疲勞裂紋，破壞索的防腐系統(tǒng)。嚴(yán)重的甚至?xí)鹄鞯氖?，而任何一根拉索一旦喪失承載能力，都會(huì)引起斜拉橋整體內(nèi)力的重新分布，導(dǎo)致斜拉橋的整體失穩(wěn)和破壞，造成嚴(yán)重的安全事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.研究現(xiàn)狀

2.1.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是最早用于研究風(fēng)雨激振的手段。它可以獲得拉索風(fēng)雨激振最準(zhǔn)確的特征，為驗(yàn)證風(fēng)洞試驗(yàn)和理論分析研究結(jié)果的真實(shí)性、可靠性提供寶貴的資料。

日本學(xué)者Hikami等對(duì)日本名港西(MeikoNishi)大橋的實(shí)測(cè)。20世紀(jì)80年代，在日本建造名港西大橋的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了比較嚴(yán)重的風(fēng)雨激振現(xiàn)象，Hikami等選取了其中24根索進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)該橋進(jìn)行了為期5個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，并總結(jié)出了拉索風(fēng)雨激振的如下特征：拉索僅在下雨情況下才出現(xiàn)大的振幅；只有傾斜方向與風(fēng)向同向的拉索才會(huì)發(fā)生風(fēng)雨激振；拉索風(fēng)雨激振發(fā)生在一定風(fēng)速范圍內(nèi)；拉索風(fēng)雨激振的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)小于渦激振動(dòng)頻率，而振幅則遠(yuǎn)大于拉索渦振的振幅；隨著拉索長(zhǎng)度的增加，發(fā)生風(fēng)雨激振的拉索振型從低階到高階變化。風(fēng)雨激振發(fā)生時(shí)拉索振型一般為1-4階；拉索表面會(huì)形成水線，水線會(huì)隨著拉索的振動(dòng)而振蕩。

Main和Jone對(duì)美國(guó)Fred Hartman橋的斜拉索風(fēng)雨激振情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：大部分情況是處于無(wú)降雨?duì)顟B(tài)，斜拉索振動(dòng)幅值較??；少部分是在中等降雨情況下，斜拉索可能發(fā)生風(fēng)雨激振，風(fēng)速范圍在4-14.5m/s之間；同時(shí)也得出一些與其他學(xué)者不一樣的特征，在大雨情況下，極少數(shù)風(fēng)速樣本點(diǎn)（小于5m/s）伴隨較大的加速度響應(yīng)，不僅風(fēng)向與中等降雨情況發(fā)生很大改變，而且其風(fēng)向離散性非常大，最大差異將近180°。

Zuo等進(jìn)一步對(duì)Fred Hartman橋的其中一根斜拉索的風(fēng)雨激振進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。這根拉索直徑0.194m，長(zhǎng)度197.9m，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到斜拉索在2-6階模態(tài)都發(fā)生了風(fēng)雨激振，其中2-4階模態(tài)的振動(dòng)幅值最大，發(fā)生風(fēng)雨激振的風(fēng)速段主要集中在5-10m/s，同時(shí)也觀測(cè)到少量10-15m/s發(fā)生風(fēng)雨激振的情況。將風(fēng)速換成折算風(fēng)速之后，認(rèn)為風(fēng)雨激振是發(fā)生在高折算風(fēng)速的一種渦激振動(dòng)。

陳政清等于2001年1月至2004年4月對(duì)岳陽(yáng)洞庭湖大橋上進(jìn)行了連續(xù)4年的風(fēng)雨激振觀測(cè)研究。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：拉索進(jìn)入穩(wěn)定的大幅振動(dòng)后，其波形猶如甩鞭狀，可以認(rèn)為至少在拉索中部一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)每個(gè)拉索截面都有幾乎相等的振幅，拉索的這種振動(dòng)形態(tài)很接近馳振的特征；降雨是拉索發(fā)生大幅風(fēng)雨激振的必要條件，在無(wú)雨的條件下，即使是風(fēng)速達(dá)到20m/s，洞庭湖大橋的拉索也幾乎不發(fā)生振動(dòng)，但是風(fēng)雨激振與降雨強(qiáng)度卻無(wú)明顯的相關(guān)性，當(dāng)降雨幾乎停止時(shí)，由于拉索上源源不斷有雨水流下，拉索仍在大幅振動(dòng)，即只要有上水線存在，風(fēng)雨激振就不會(huì)停止；在有雨條件下，起振風(fēng)速約在6m/s―8m/s之間，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)14m/s時(shí)，就有較強(qiáng)烈的風(fēng)雨激振現(xiàn)象，在14m/s―20m/s范圍內(nèi)，振幅隨風(fēng)速增加而增加；靠近橋塔的4#、5#索，其傾角已達(dá)70度，也會(huì)發(fā)生明顯的風(fēng)雨激振。

通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家對(duì)風(fēng)雨激振現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的結(jié)果，得出了一些結(jié)論：(1) 與拉索振動(dòng)形態(tài)的關(guān)系。進(jìn)入穩(wěn)定的大幅振動(dòng)后，其波形猶如甩鞭狀，拉索表面會(huì)形成振蕩的水線，表現(xiàn)為低階振型。(2) 與環(huán)境參數(shù)的關(guān)系。風(fēng)雨激振存在起振振動(dòng)，只在一定風(fēng)速范圍內(nèi)發(fā)生；在無(wú)雨情況下，很少觀測(cè)到風(fēng)雨激振，而且雨量為小到中雨情況觀測(cè)到風(fēng)雨激振次數(shù)最多。(3) 與拉索本身參數(shù)的關(guān)系。風(fēng)雨激振的振幅大小與拉索的表面材料、長(zhǎng)度、風(fēng)偏角和傾斜方向等參數(shù)有關(guān)。

2.2.風(fēng)洞試驗(yàn)

按照水線的模擬方法，研究風(fēng)雨激振的風(fēng)洞試驗(yàn)可分為兩種類(lèi)型：人工降雨試驗(yàn)和人工水線試驗(yàn)。

1. 人工降雨試驗(yàn)

人工降雨試驗(yàn)是在風(fēng)洞內(nèi)通過(guò)人工模擬降雨，提供與實(shí)際拉索發(fā)生風(fēng)雨激振相類(lèi)似的風(fēng)雨條件，對(duì)通過(guò)彈簧懸掛在固定支架上的拉索節(jié)段模型進(jìn)行的一種試驗(yàn)形式。

Hikami與Shiraish在日本名港西大橋發(fā)現(xiàn)風(fēng)雨激振現(xiàn)象后，隨即在風(fēng)洞試驗(yàn)中重現(xiàn)了該現(xiàn)象，并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上初步分析了拉索風(fēng)雨激振的發(fā)生機(jī)理，認(rèn)為拉索風(fēng)雨激振有兩種可能機(jī)理：一種是鄧哈托馳振機(jī)理；另一種是類(lèi)似裹冰輸電線的彎扭兩自由度馳振機(jī)理。

Matsumoto等也進(jìn)行了一系列的人工降雨試驗(yàn)，研究了具有一定風(fēng)向角和傾角的圓柱體在有雨和無(wú)雨情況下的氣動(dòng)特性，試圖解釋拉索風(fēng)雨激振的機(jī)理。

M.Gu等在同濟(jì)大學(xué)TJ-1風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室成功地重現(xiàn)了拉索的風(fēng)雨激振現(xiàn)象，這在國(guó)內(nèi)尚屬首次。通過(guò)試驗(yàn)研究了來(lái)流風(fēng)速、拉索傾角和風(fēng)向角、拉索振動(dòng)頻率、結(jié)構(gòu)阻尼等對(duì)風(fēng)雨激振的影響及拉索空間姿態(tài)對(duì)上水線位置的影響，測(cè)量了拉索風(fēng)雨激振時(shí)的氣動(dòng)阻尼；另外對(duì)螺旋線控制拉索風(fēng)雨激振的有效性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2. 人工水線試驗(yàn)

人工水線試驗(yàn)是在風(fēng)洞內(nèi)對(duì)帶有人工水線的拉索節(jié)段模型進(jìn)行的一種試驗(yàn)形式。根據(jù)人工水線與拉索的連接形式和試驗(yàn)的測(cè)量?jī)?nèi)容的不同，人工水線試驗(yàn)可分為：固定人工水線測(cè)振試驗(yàn)、固定人工水線測(cè)力試驗(yàn)、固定人工水線測(cè)壓試驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)人工水線測(cè)振試驗(yàn)。

固定人工水線試驗(yàn)可研究水線在拉索表面的位置、水線形狀和水線大小等參數(shù)對(duì)拉索風(fēng)雨激振的影響。可通過(guò)測(cè)力或表面測(cè)壓得到帶人工水線拉索的氣動(dòng)力與水線位置的相互關(guān)系，為進(jìn)一步的理論分析提供試驗(yàn)依據(jù)。運(yùn)動(dòng)人工水線測(cè)振試驗(yàn)可模擬水線在拉索表面的運(yùn)動(dòng)，更真實(shí)地模擬實(shí)際拉索發(fā)生風(fēng)雨激振時(shí)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，用于研究拉索振動(dòng)和水線運(yùn)動(dòng)之間的耦合關(guān)系。

Yamaguchi對(duì)帶有小圓柱體的大八面體柱體節(jié)段進(jìn)行了一系列測(cè)力試驗(yàn)，試驗(yàn)得到了在不同d/D比值(這里d為小圓柱的直徑，D為八面體圓柱體的平均直徑)時(shí)圓柱體的三分力系數(shù)隨風(fēng)的攻角的變化規(guī)律。雖然Yamaguchi的試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c拉索發(fā)生風(fēng)雨激振時(shí)的實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，但得到的結(jié)果卻使得進(jìn)一步的理論分析成為了可能。

Matsumot對(duì)帶人工上水線的圓柱體進(jìn)行了測(cè)振和測(cè)壓試驗(yàn)。研究了紊流度、上水線位置、風(fēng)速、風(fēng)攻角等參數(shù)對(duì)帶人工上水線圓柱體的氣動(dòng)性能的影響，并測(cè)得了強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)帶人工水線拉索表面的壓力分布。Matsumoto認(rèn)為紊流度的增加可減小發(fā)生拉索風(fēng)雨激振的可能性；人工上水線在某些位置可劇烈地改變拉索的氣動(dòng)性能。

同濟(jì)大學(xué)是國(guó)內(nèi)外較早進(jìn)行拉索人工水線試驗(yàn)研究的科研機(jī)構(gòu)之一。劉慈軍等通過(guò)一系列固定人工水線測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)，研究了水線在拉索風(fēng)雨激振中的作用，分析了風(fēng)向角、拉索質(zhì)量、拉索振動(dòng)頻率、拉索結(jié)構(gòu)阻尼及St數(shù)等參數(shù)對(duì)拉索風(fēng)雨激振的影響。彭天波在風(fēng)洞中采用測(cè)力天平測(cè)得了帶固定人工水線拉索節(jié)段模型在不同風(fēng)攻角時(shí)的氣動(dòng)力，進(jìn)而得到了模型的升力阻力系數(shù)隨攻角變化的曲線，并對(duì)氣動(dòng)力進(jìn)行了譜分析。呂強(qiáng)設(shè)計(jì)了大小不同的兩種形狀的人工水線，通過(guò)測(cè)力天平得到固定人工水線拉索模型的氣動(dòng)力隨上水線位置的變化曲線。黃麟在固定人工水線試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)人工水線的試驗(yàn)裝置，研究了水線振動(dòng)與拉索運(yùn)動(dòng)之間的耦合關(guān)系，分析了風(fēng)速、水線平衡角和阻尼比等參數(shù)對(duì)拉索振動(dòng)的影響，并在頻域上比較了固定水線模型與運(yùn)動(dòng)水線模型振動(dòng)的區(qū)別。杜曉慶通過(guò)拉索表面測(cè)壓試驗(yàn)，研究了水線位置、風(fēng)向角、下水線、水線尺寸和風(fēng)速等參數(shù)的影響，并且得到各種參數(shù)下上水線表面的風(fēng)壓分布規(guī)律，通過(guò)表面壓力的積分得到了帶固定人工水線三維拉索的氣動(dòng)力和水線上的氣動(dòng)力。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李惠，陳文禮研究了一套實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜拉索風(fēng)雨激振時(shí)其表面水線特征的超聲波測(cè)厚系統(tǒng)，進(jìn)行斜拉索風(fēng)雨激振風(fēng)洞試驗(yàn)，分析不同風(fēng)速下斜拉索的上水線狀態(tài)，研究了上水線幾何特征與斜拉索風(fēng)雨激振之間的關(guān)系，揭示斜拉索風(fēng)雨激振與上水線振蕩頻率、振動(dòng)幅值、平衡位置和相位之間的相關(guān)性。

通過(guò)分析不同研究者人工模擬降雨風(fēng)洞試驗(yàn)的成果，可以得到一些共同點(diǎn)：風(fēng)雨激振風(fēng)速一般為6-18m/s，雨量一般為小到中雨，通常發(fā)生風(fēng)雨激振的斜拉索是沿風(fēng)向向下的方向，拉索直徑一般為100-200mm，下水線對(duì)風(fēng)雨激振的影響較??；斜拉索風(fēng)雨激振主要發(fā)生在面內(nèi)，也存在一個(gè)面外分量，風(fēng)雨振動(dòng)的頻率一般為0.6-3.4Hz，在斜拉索表面形成上下兩條水線，沿索表面向下流動(dòng)，上水線沿斜拉索模型環(huán)向振蕩，振蕩頻率等于模型的自振頻率。

拉索風(fēng)雨激振現(xiàn)象機(jī)理非常復(fù)雜，受各種因素影響，例如：拉索傾角、來(lái)流風(fēng)速、來(lái)流方向、來(lái)流紊流度、拉索的振動(dòng)頻率、拉索阻尼、降雨量、拉索線質(zhì)量等?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)雖然能獲得拉索風(fēng)雨激振最真實(shí)的特征，但無(wú)法對(duì)各種影響因素進(jìn)行參數(shù)分析。為系統(tǒng)研究風(fēng)雨激振的機(jī)理，風(fēng)洞試驗(yàn)可以重現(xiàn)風(fēng)雨激振的一些基本特征，還可研究振動(dòng)控制措施的有效性。

2.3.理論分析

目前關(guān)于斜拉索的風(fēng)雨激振問(wèn)題形成機(jī)理大致可分為如下幾類(lèi)觀點(diǎn)：

1. 馳振機(jī)理

日本的Hikami與Shiraishi1985年在Meiko.Nishi橋最先觀測(cè)到風(fēng)雨激振現(xiàn)象。隨后他們通過(guò)一系列的人工降雨風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)了這一現(xiàn)象。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上初步分析了風(fēng)雨振的發(fā)生機(jī)理，認(rèn)為風(fēng)雨激振可能有兩種機(jī)理：一種是Den Hartog馳振機(jī)理；另一種是彎扭兩個(gè)自由度馳振機(jī)理。

2. 上水線振蕩誘發(fā)機(jī)理

H.Yamaguchi在進(jìn)行帶固定人工水線拉索三分力實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，最早進(jìn)行了理論分析，對(duì)于Hikami提出的兩個(gè)可能的機(jī)理，Yamaguchi采用準(zhǔn)定常馳振方法進(jìn)行分析，建立拉索和水線兩自由度運(yùn)動(dòng)方程。分析認(rèn)為單自由度Den Hartog馳振理論不能解釋風(fēng)雨振的形成機(jī)理水線是風(fēng)雨激振不可缺少的條件，當(dāng)水線的振蕩頻率接近于拉索的自振頻率時(shí)，水線與拉索之間的相互作用導(dǎo)致斜拉索產(chǎn)生負(fù)阻尼，引發(fā)斜拉索發(fā)生大幅振動(dòng)，應(yīng)該把風(fēng)雨激振作為一個(gè)兩自由度馳振問(wèn)題來(lái)研究，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)水線的形狀和位置的變化會(huì)改變拉索的氣動(dòng)穩(wěn)定性。

Xu&Wang,Wang&Xu在Yamaguchi的基礎(chǔ)上提出單自由度分析模型，將氣動(dòng)力升力表示成拉索豎向運(yùn)動(dòng)速度、水線角度和角速度的函數(shù)，將拉索速度項(xiàng)移至方程左邊（氣動(dòng)阻尼項(xiàng)），右邊則剩下水線的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)，風(fēng)雨激振變?yōu)樵谒€運(yùn)動(dòng)荷載下的受迫振動(dòng)，但沒(méi)有考慮拉索運(yùn)動(dòng)對(duì)水線的振幅和頻率的影響。對(duì)于移動(dòng)水線情況，由于水線與拉索以及來(lái)流之間的相互作用導(dǎo)致氣動(dòng)阻尼發(fā)生交替的變化，從而引發(fā)風(fēng)雨激振。Wilde&Witkowski在Xu&Wang單自由度模型中考慮了水線振蕩幅值隨風(fēng)速的變化關(guān)系。

Peil, U.& Nahrath, N在Yamaguchi兩方程馳振模型的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)三自由度模型，增加了斜拉索順風(fēng)向振動(dòng)進(jìn)行分析，假設(shè)斜拉索受到的氣動(dòng)力矩全部作用到水線上，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了索結(jié)構(gòu)風(fēng)雨激振，認(rèn)為上水線的運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致風(fēng)雨振的主要原因。

Seidel等將水線看作是移動(dòng)干擾，考慮斜拉索表面存在兩條水線，建立了六個(gè)耦合方程組，分別表示斜拉索和兩條水線橫風(fēng)向和順風(fēng)向運(yùn)動(dòng)。由于水線的存在，圓柱表面被分成不同壓強(qiáng)區(qū)域（亞臨界和超臨界），通過(guò)積分得到氣動(dòng)升阻力系數(shù)，氣動(dòng)升阻力表示成水線角度的函數(shù)。Seidel等指出當(dāng)風(fēng)速大于某個(gè)限制，流動(dòng)不存在轉(zhuǎn)變，這時(shí)不會(huì)發(fā)生風(fēng)雨激振；發(fā)生風(fēng)雨激振的速度下限是由風(fēng)偏角和拉索傾斜角決定的。

3. 上水線特定位置致振機(jī)理

Masumoto對(duì)帶人工上水線的圓柱進(jìn)行了測(cè)振和測(cè)壓實(shí)驗(yàn)。研究了紊流度、上水線位置、風(fēng)速、風(fēng)攻角等參數(shù)對(duì)該模型的氣動(dòng)性能的影響，并測(cè)得強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)帶人工水線拉索表面壓力分布，提出了上水線在某些位置可劇烈改變拉索的氣動(dòng)性能。

Xu&Wang,Wang&Xu認(rèn)為對(duì)于靜止水線情況，拉索大幅值振動(dòng)的發(fā)生是由于水線處于某些特定位置使得拉索產(chǎn)生負(fù)的氣動(dòng)阻尼造成的。

國(guó)內(nèi)，顧明和杜曉慶建立了三維拉索風(fēng)雨激振的準(zhǔn)二自由度運(yùn)動(dòng)方程，氣動(dòng)力系數(shù)根據(jù)帶人工水線三維拉索模型試驗(yàn)得到，分析了水線平衡位置和水線振幅的取值，采用數(shù)值求解方法計(jì)算了拉索風(fēng)雨激振振幅。顧明、黃麟、劉慈軍等通過(guò)人工水線風(fēng)洞測(cè)振試驗(yàn)研究，得出了水線特定位置是引起索結(jié)構(gòu)大幅振動(dòng)的主要因素的結(jié)論。

4. 渦激振動(dòng)機(jī)理

Delong Zuo揭示了風(fēng)雨激振與高風(fēng)速下干索渦激振動(dòng)之間的聯(lián)系，認(rèn)為風(fēng)雨激振的內(nèi)在機(jī)理與渦激振動(dòng)的相同，與降水無(wú)關(guān)。由于風(fēng)偏角和拉索傾角的存在使得這種渦激振動(dòng)不同于經(jīng)典卡門(mén)渦脫，是一種三維渦激振動(dòng)。

5. 軸向流與水線間的氣液耦合現(xiàn)象引發(fā)振動(dòng)機(jī)理

Masumot提出了軸向流理論，認(rèn)為拉索上部形成的水線和拉索背風(fēng)面的軸向流是拉索結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)不穩(wěn)定的重要因素，軸向渦流與上水線的氣液耦合現(xiàn)象是拉索風(fēng)雨激振的關(guān)鍵所在。

2.4.CFD數(shù)值模擬

風(fēng)工程的研究方法主要有風(fēng)洞試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、理論分析和數(shù)值模擬四種，其中數(shù)值模擬是最近30年在前三種方法的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)的，下面的介紹為CFD技術(shù)在拉索風(fēng)雨激振方面的相關(guān)研究。

高仕寧選取雷諾應(yīng)力(RSM)模型，應(yīng)用CFX軟件分別對(duì)位于拉管不同位置的水線和不同尺寸的水線的情況做數(shù)值模擬，得出拉管表面壓力分布、升力系數(shù)、阻力系數(shù)的變化規(guī)律，并與前人的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。李壽英和顧明采用CFX軟件對(duì)帶固定人工水線斜拉索的繞流進(jìn)行數(shù)值模擬，選取兩種人工水線，計(jì)算了傾角為30°、風(fēng)攻角為35°時(shí)帶固定人工水線拉索的阻力系數(shù)、升力系數(shù)、表面平均壓力系數(shù)、固定人工水線上的氣動(dòng)力等，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。Rocchi D和Zasso A 選取大渦模擬（LES）模型，使用FLUENT軟件，對(duì)固定水線位置的拉索進(jìn)行了模擬，并得出一些有益的結(jié)論。陳文禮和李惠提出物理試驗(yàn)與CFD數(shù)值模擬的混合子結(jié)構(gòu)方法，通過(guò)與圓柱渦激振動(dòng)的流固耦合方法結(jié)果進(jìn)行比較，分析了上水線對(duì)繞流場(chǎng)特性的影響，然后采用有限元程序ANSYS和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)程序CFX對(duì)考慮風(fēng)速剖面的CFRP斜拉索渦激振動(dòng)進(jìn)行流固耦合方法的CFD數(shù)值模擬。

3.結(jié)語(yǔ)與展望

本文參考各類(lèi)文獻(xiàn)，對(duì)斜拉橋拉索風(fēng)雨激振問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié), 并對(duì)今后的設(shè)計(jì)研究提出展望?？偨Y(jié)如下:

在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和風(fēng)洞試驗(yàn)方面，未來(lái)的研究應(yīng)更加關(guān)注水線的形成及其在風(fēng)雨激振中的作用，精確測(cè)量不同拉索運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的水線形狀和位置，為理論分析和數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)。

在理論分析方面，雖然國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者和專(zhuān)家提出了各種理論模型和數(shù)值解析方法分析風(fēng)雨激振發(fā)生機(jī)理，但是迄今為止還是沒(méi)有一種大家公認(rèn)的對(duì)斜拉索風(fēng)雨激振的發(fā)生機(jī)理能夠完全解釋清楚的模型，對(duì)設(shè)計(jì)工作也無(wú)決定性的指導(dǎo)意義，今后的研究應(yīng)側(cè)重于風(fēng)雨激振的軸向流、風(fēng)場(chǎng)與水線間的氣液兩相耦合現(xiàn)象以及風(fēng)場(chǎng)、水線與拉索間的氣液固三相耦合現(xiàn)象的研究，結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)對(duì)風(fēng)雨激振機(jī)理進(jìn)行更加深入和精細(xì)化的研究。

目前的CFD數(shù)值模擬中主要集中于繞流現(xiàn)象和渦激振動(dòng)的研究，風(fēng)雨激振的數(shù)值模擬主要針對(duì)固定水線位置的分析，以下問(wèn)題有待進(jìn)一步解決：(1) CFD中風(fēng)雨（氣液）兩相流對(duì)水線形成過(guò)程的研究需要進(jìn)一步探討；(2) CFD中風(fēng)雨條件下與斜拉索的耦合振動(dòng)（氣液固三相）問(wèn)題需要進(jìn)一步闡述；(3) 風(fēng)雨激振的軸向流的數(shù)值模擬需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)；(4) CFD中考慮超長(zhǎng)跨斜拉索下垂影響，在風(fēng)速剖面作用下的風(fēng)雨激振的現(xiàn)象需要進(jìn)一步解釋。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉慈軍. 斜拉橋拉索風(fēng)致振動(dòng)研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué)，1999.

[2] 陳文禮. 斜拉索風(fēng)雨激振的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]. 黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[3] 高仕寧. 拉管結(jié)構(gòu)繞流的數(shù)值模擬及理論分析[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

篇5

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）30-7354-04

1 教育游戲的概念

在國(guó)外，教育游戲一詞最早出現(xiàn)在八十年代的美國(guó)，而在我國(guó)，教育游戲起步較晚，還屬于新生的事物，并且目前對(duì)教育游戲的認(rèn)識(shí)仍然沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。但由于教育游戲給教育教學(xué)帶來(lái)了新的活力，越來(lái)越多的專(zhuān)家開(kāi)始致力于教育游戲的研究，并提出了不同的定義。到目前為止，對(duì)教育游戲的認(rèn)識(shí)主要有一下的觀點(diǎn)：1）把教育游戲作為一款教學(xué)軟件；2）把教育游戲作為一款游戲軟件；3）把教育游戲作為一種工具；4）把教育游戲作為一種游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境。

上述是各個(gè)學(xué)者對(duì)教育游戲的認(rèn)識(shí)。而要想設(shè)計(jì)好一款教育游戲，游戲任務(wù)的設(shè)計(jì)是主要的部分，那么如何設(shè)計(jì)教育游戲的游戲任務(wù)？要設(shè)計(jì)一款好的教育游戲，就要從以學(xué)習(xí)者為中心，以教學(xué)目標(biāo)位向?qū)?，結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)出適合學(xué)習(xí)者特征并能激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣的游戲任務(wù)上述是各個(gè)學(xué)者對(duì)教育游戲的認(rèn)識(shí)。而要想設(shè)計(jì)好一款教育游戲，游戲任務(wù)的設(shè)計(jì)是主要的部分，那么如何設(shè)計(jì)教育游戲的游戲任務(wù)？要設(shè)計(jì)一款好的教育游戲，就要從以學(xué)習(xí)者為中心，以教學(xué)目標(biāo)位向?qū)ВY(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)出適合學(xué)習(xí)者特征并能激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣的游戲任務(wù)。

2 教育游戲的游戲任務(wù)設(shè)計(jì)要遵循的原則

一般游戲任務(wù)分三個(gè)過(guò)程：游戲者進(jìn)入情境接受任務(wù)——努力探索完成任務(wù)并獲得獎(jiǎng)勵(lì)——接受新的任務(wù)繼續(xù)體驗(yàn)。而對(duì)于教育游戲來(lái)說(shuō)，游戲任務(wù)是學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容的載體。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)游戲任務(wù)時(shí)應(yīng)在充分分析學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容基礎(chǔ)上，并結(jié)合前面構(gòu)思的故事情境，設(shè)計(jì)游戲任務(wù)。個(gè)人認(rèn)為，在設(shè)計(jì)游戲任務(wù)時(shí)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：

1）要以現(xiàn)有的教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，以學(xué)習(xí)內(nèi)容為依托

教育游戲的設(shè)計(jì)要遵循教育性與游戲性平衡，游戲性是指一個(gè)游戲的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該有趣，否則便不能吸引玩家，同樣教育游戲的設(shè)計(jì)也首先必須有趣，只有這樣才能吸引學(xué)習(xí)者參與進(jìn)來(lái)，否則和普通的教學(xué)軟件就沒(méi)什么區(qū)別。但教育游戲又不同于一般的電腦游戲，它主要是用來(lái)幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的，所以設(shè)計(jì)的游戲必須要遵循教育性原則。而我們?cè)谠O(shè)計(jì)一款教育游戲的時(shí)候一定要把握要教育性與游戲性的平衡。

而要實(shí)現(xiàn)這種平衡的關(guān)鍵是思考如何把學(xué)習(xí)目標(biāo)和游戲任務(wù)相結(jié)合，如何把學(xué)習(xí)內(nèi)容很好地融入到游戲任務(wù)當(dāng)中，讓學(xué)習(xí)者在完成游戲任務(wù)的同時(shí)也掌握了相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，達(dá)到我們預(yù)先設(shè)計(jì)好的學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此在設(shè)計(jì)游戲的任務(wù)時(shí)首先要對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析，爭(zhēng)取讓學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容無(wú)縫地融入到游戲任務(wù)當(dāng)中。

2）以學(xué)習(xí)者的特征為基礎(chǔ)

教育游戲的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)就是注重是學(xué)習(xí)者的主體性，即應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心。因此游戲任務(wù)的設(shè)計(jì)要以學(xué)習(xí)者的特征為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)不僅應(yīng)考慮他們的心理特征、年齡特征、思維方式等，還應(yīng)考慮他們目前的認(rèn)知水平。沉浸理論認(rèn)為：只有學(xué)習(xí)者目前的經(jīng)驗(yàn)水平和所要面對(duì)的挑戰(zhàn)任務(wù)相一致時(shí)，學(xué)習(xí)者才能達(dá)到最大程度的沉浸，學(xué)習(xí)者才能達(dá)到最深刻的體驗(yàn)。如圖3-4所示。如果游戲的任務(wù)難度大于學(xué)習(xí)者目前的認(rèn)知水平時(shí)，學(xué)習(xí)者就會(huì)在學(xué)習(xí)者感到焦慮、緊張，相反，如果游戲任務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平時(shí)，學(xué)習(xí)者就會(huì)由于長(zhǎng)時(shí)間做太簡(jiǎn)單沒(méi)刺激性的事而感到厭倦。

因此我們需要根據(jù)前面的學(xué)習(xí)者分析進(jìn)行，設(shè)計(jì)出適合他們目前認(rèn)知水平的游戲任務(wù)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)游戲任務(wù)時(shí)要根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)理論”，設(shè)計(jì)出讓他們通過(guò)自己的努力和認(rèn)真學(xué)習(xí)會(huì)達(dá)到的游戲任務(wù)。這樣才能讓學(xué)習(xí)者在游戲中獲得最好的體驗(yàn)。

3）游戲任務(wù)的設(shè)計(jì)要有容易到難，讓學(xué)習(xí)者容易上手。

4）游戲任務(wù)要提供激勵(lì)機(jī)制，學(xué)習(xí)者每完成一定的任務(wù)，要獎(jiǎng)勵(lì)他們一定的物品或獲得升級(jí)等，這樣才能激勵(lì)學(xué)習(xí)者繼續(xù)玩下去。這剛好符合學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論。

3 案例《神探小西游唐記》游戲任務(wù)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的教育游戲《神探小西游唐記》是一款基于初中化學(xué)的教育游戲，該游戲主要是供初三學(xué)生在課下學(xué)習(xí)初中化學(xué)時(shí)用的，在游戲中玩家小西通過(guò)在不同的情境中完成不同的游戲任務(wù)學(xué)到相關(guān)的化學(xué)知識(shí)、并產(chǎn)生對(duì)化學(xué)的興趣。

3.1 游戲主題和故事劇情簡(jiǎn)介

該游戲的的主題以科幻、穿越為主題，結(jié)合目前比較流行的偵探類(lèi)電視劇《神探狄仁杰》。主要寫(xiě)了中學(xué)生小西（被同學(xué)稱(chēng)為神探）穿越到唐朝，沖破種種難關(guān)拯救被惡魔抓走的英雄任務(wù)狄仁杰的情景。

在該游戲中，根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)一共設(shè)置4個(gè)任務(wù)情景，每個(gè)任務(wù)情景設(shè)置一個(gè)或多個(gè)關(guān)卡，學(xué)習(xí)者每完成一個(gè)關(guān)卡，說(shuō)明他們已經(jīng)達(dá)到對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握。為了鼓勵(lì)學(xué)生玩游戲的興趣，在該游戲中還設(shè)置了獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，每完成一定的任務(wù)，都會(huì)獲得一定的獎(jiǎng)勵(lì)，期中包括物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)與精神獎(jiǎng)勵(lì)。精神獎(jiǎng)勵(lì)如獲得升級(jí)、獲得榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)等，物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)如獲得一定的物品、金錢(qián)等。

3.2 游戲任務(wù)的設(shè)計(jì)

該教育游戲的游戲總?cè)蝿?wù)是沖破種種關(guān)卡、打敗魔獸救出狄仁杰。該游戲一共設(shè)計(jì)四個(gè)任務(wù)。每個(gè)任務(wù)都對(duì)應(yīng)一定的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)一個(gè)教學(xué)目標(biāo)。

在每個(gè)游戲任務(wù)中都根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)置一定的關(guān)卡，學(xué)習(xí)者只有完成前一個(gè)場(chǎng)景的任務(wù)，獲得一定的等級(jí)后才可以進(jìn)入下一個(gè)場(chǎng)景，否則的話(huà)游戲就不能進(jìn)行下去，不過(guò)每個(gè)場(chǎng)景里面都會(huì)提供一定的幫助信息，比如有的是通過(guò)武術(shù)密集（知識(shí)寶典）獲得幫助，有的是通過(guò)詢(xún)問(wèn)路人獲得幫助。學(xué)習(xí)者完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，就能獲得升級(jí)，當(dāng)獲得一定的等級(jí)后，就能進(jìn)入到下一個(gè)場(chǎng)景。在該游戲中，每個(gè)場(chǎng)景的游戲任務(wù)都與相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容或?qū)W習(xí)目標(biāo)聯(lián)系在一起。

每個(gè)游戲任務(wù)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容如表1：

以下是四個(gè)游戲任務(wù)設(shè)計(jì)：

1）任務(wù)1：地窖之妖

游戲任務(wù)：小西在該游戲中利用學(xué)所的知識(shí)破解地窖之妖之謎，為村民們排除了疑慮與擔(dān)心。

對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容為：二氧化碳的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。在該游戲中如果玩家破解了該謎語(yǔ)，就會(huì)升級(jí)并自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)場(chǎng)景。否則如果玩家破解不了的話(huà)就會(huì)彈出提示，提示玩家是否要看化學(xué)寶典，玩家通過(guò)學(xué)習(xí)化學(xué)寶典獲得相應(yīng)的知識(shí)，學(xué)習(xí)完后回到場(chǎng)景中繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

游戲情節(jié)：當(dāng)小西到達(dá)一個(gè)偏遠(yuǎn)的山村的時(shí)候，看到那里的村民滿(mǎn)臉的驚慌，他就詢(xún)問(wèn)到底是怎么回事。原來(lái)是這個(gè)村莊出現(xiàn)了妖怪。村莊里有一口干井，無(wú)論是人還是動(dòng)物只要不小心掉下去就再也出不來(lái)了，這個(gè)井里住著妖怪。小西通過(guò)自己的分析加上游戲中的提示破解了這個(gè)謎語(yǔ)，原因是里面二氧化碳密度比空氣大，所以都沉到井的底部，這樣導(dǎo)致井底二氧化碳濃度過(guò)大，氧氣缺少，而二氧化碳又不支持呼吸，這樣就導(dǎo)致里面的人或動(dòng)物因缺氧而窒息而死。（當(dāng)然如果小西不知道原因的話(huà)或相應(yīng)的知識(shí)沒(méi)掌握的話(huà)可以翻看該游戲提供的化學(xué)寶典，在下面的任務(wù)中都是這樣的，用戶(hù)可以通過(guò)學(xué)習(xí)化學(xué)寶典來(lái)完成獲得相應(yīng)的知識(shí)，完成相應(yīng)的游戲人任務(wù)。） 通過(guò)完成該游戲任務(wù)，小西不僅學(xué)到了二氧化碳的物理性質(zhì)，而且還把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到生活當(dāng)中，為人們排憂(yōu)解難，更體會(huì)到學(xué)習(xí)的興趣。

2）任務(wù)2：人工降雨

游戲任務(wù)：為人們解決干旱之災(zāi)，實(shí)施人工降雨。

對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容為：固體二氧化碳的也就是干冰的性質(zhì)和作用。

游戲情節(jié)：在第2個(gè)情景中，小西處于一個(gè)干旱的地區(qū)，到處是饑餓的人們，小西經(jīng)過(guò)了解才知道這個(gè)地方常年干旱，莊家常年欠收，幾乎好多年不降雨了。小西決定幫助這些人們。正在此時(shí)，一個(gè)精靈出現(xiàn)了，她問(wèn)了小西一些與人工降雨有關(guān)的問(wèn)題，只要小西回答對(duì)這些問(wèn)題，就可以人工降雨，幫助這些人們，同時(shí)能獲得升級(jí)。

通過(guò)該游戲任務(wù)的完成，玩家不僅掌握了固體二氧化碳的性質(zhì)和作用，還在整個(gè)游戲的體驗(yàn)中體會(huì)到學(xué)習(xí)的快樂(lè)。因?yàn)橛盟鶎W(xué)的知識(shí)解決了實(shí)際生活中的問(wèn)題，幫助了這里的人們，小西在整個(gè)游戲的體驗(yàn)過(guò)程中獲得了自我價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

3） 任務(wù)3：火災(zāi)之謎

游戲任務(wù)：小西斷案，破解了火災(zāi)之謎的案件。

學(xué)習(xí)內(nèi)容：掌握燃燒的三個(gè)條件

游戲情節(jié)：小西在該游戲場(chǎng)景中應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)破解了一場(chǎng)冤家錯(cuò)案，通過(guò)該任務(wù)的完成，小西掌握了燃燒的三個(gè)條件。

4）任務(wù)4：食狗洞之謎

游戲任務(wù)：小西在該任務(wù)中解開(kāi)地窖之妖的謎語(yǔ)，并且打敗魔獸救出英雄人物狄仁杰。

學(xué)習(xí)任務(wù)：這是對(duì)前面知識(shí)的鞏固與加深，通過(guò)該游戲任務(wù)情境的體驗(yàn)，小西進(jìn)一步了解了二氧化碳的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)掌握了鐘乳石、溶洞的形成原理與過(guò)程。

游戲情節(jié)：小西沖破種種關(guān)卡，終于到達(dá)了目的地，關(guān)押狄仁杰的山洞，在洞門(mén)口遇到了矮人鬼與半身獸在門(mén)口守門(mén)（這些都是為了增加游戲的興趣設(shè)置的），小西利用前面獲得的等級(jí)與武器戰(zhàn)勝了這些矮人鬼與半身獸，進(jìn)入了山洞，可卻發(fā)現(xiàn)自己的小狗生命值越來(lái)越弱，自己卻安然無(wú)事，難受這個(gè)山洞中有傳說(shuō)的食狗妖？小西仍然不相信有妖怪一說(shuō)。通過(guò)分析，小西得知其中的原因還是二氧化碳在作怪。

學(xué)習(xí)者通過(guò)在該游戲任務(wù)情景的體驗(yàn)，進(jìn)一步了解了二氧化碳的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，并且了解了鐘乳石、溶洞的形成。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

中圖分類(lèi)號(hào) S714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）06-0189-03

Effects of Different Rainfall Intensity on Limestone Soil Water Transport of Huaxi Area in Guiyang City

HAN Wen-jun PAN You-jing DU Bo

（College of Forestry，Guizhou University，Guiyang Guizhou 550001）

Abstract Different rainfall intensity was simulated by artificial rainfall，in which，the soil water infiltration situation of lime-soil sampled in Huaxi Area was observed. The influence of different rainfall intensity on soil water infiltration in typical karst area was summarized and discussed. The results showed that：for lime-soil，the rainfall intensity less than 60 mm/h should be classified into the effective rainfall，oppositely the rainfall intensity greater than or equal to 60 mm/h should be classified into the erosive rainfall. For the effect of rainfall intensity on supplying soil water，at 40 mm/h was better than at 20 mm/h. It was the lowest availability rainfall in 60～80 mm/h rainfall intensity. In this range the greater the rainfall intensity，the higher the runoff yield，the stronger the soil erosion，the lower the absorbing rate of the soil to the rainfall. The change of soil surface water content increased with the increase of rainfall intensity. The process of the soil water content increase would be reached the maximum at 20 minutes after the rainfall，and then slowly decreased.

Key words limestone soil；water infiltration；artificial rainfall；rainfall intensity；Guiyang Guizhou

土壤的入滲性能是土壤重要的水分物理性質(zhì)，是反映土壤涵養(yǎng)水源和抗侵蝕能力的重要指標(biāo)[1-3]。土壤水分入滲的能力也對(duì)植被可利用的有效水與養(yǎng)分產(chǎn)生影響[4-5]。研究[6-7]發(fā)現(xiàn)喀斯特坡地土壤含水量主要受降水的影響，有明顯的雨季、旱季變化，土壤水分依靠降雨補(bǔ)充完成水分入滲的過(guò)程。

目前喀斯特地區(qū)土壤水分研究大多都在植被覆蓋[5，8-9]、土地利用類(lèi)型[6]、坡地地形等方面，而氣象因子對(duì)土壤水分的影響研究鮮見(jiàn)，而喀斯特地區(qū)土層薄、土壤侵蝕退化嚴(yán)重、地表漏水系數(shù)大，土層中的水分不受地下水分的影響[10]，降雨對(duì)土壤水分的作用更顯重要，特別是雨強(qiáng)與土壤水分的入滲或產(chǎn)流有著直接的關(guān)系，降雨情況對(duì)土壤侵蝕的發(fā)生起著多方面的重要影響[11]。

雨水利用在解決全球部分地區(qū)水資源緊缺方面的可行性與有效性已經(jīng)得到認(rèn)可[12]，貴州喀斯特地區(qū)水熱條件良好，降雨充沛，但是降雨時(shí)空分布極不均勻，季節(jié)性干旱問(wèn)題突出，夏季降水強(qiáng)度大，持續(xù)性長(zhǎng)，水仍然是喀斯特地區(qū)植物生長(zhǎng)的限制因子[13]，研究降雨強(qiáng)度對(duì)土壤的作用，將該地區(qū)降雨進(jìn)行類(lèi)別劃分，成為喀斯特地區(qū)在減少土壤侵蝕和降雨資源有效利用的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

1.1.1 土壤取樣及處理。土壤取樣點(diǎn)位于貴州省貴陽(yáng)市花溪區(qū)石板鎮(zhèn)茨凹村，東經(jīng)106°32′～106°34′，北緯26°25′～26°27′。地處貴州高原中部，苗嶺山脈中段，屬長(zhǎng)江水系與珠江水系分水嶺地帶，地貌以中低丘陵為主，海拔999.0～1 655.9 m。屬典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，具有明顯的高原氣候特點(diǎn)，冬春半干燥，夏季濕潤(rùn)，冬暖夏涼，氣候宜人，年平均溫度14.9 ℃，空氣相對(duì)濕度平均85%，雨量充沛，水熱同季。積溫4 484.6 ℃，年平均降雨量1 187.1 mm，水資源豐富，土壤以山地黃棕壤、黃壤、石灰土、紫色土、潮土和水稻土為主。

在采樣點(diǎn)挖土壤剖面，每10 cm為一層測(cè)定石灰土的物理性質(zhì)。容重：環(huán)刀法。比重：比重計(jì)法。含水量：烘干重量法。毛管持水量：浸泡稱(chēng)重。土壤吸濕水含量：標(biāo)準(zhǔn)方法。

1.1.2 土壤裝填。按實(shí)際測(cè)量的土壤各層緊實(shí)度分層裝填土壤在鐵箱中，模擬實(shí)際的土壤狀態(tài)，鐵箱尺寸1 m×1 m×1 m，其中一面開(kāi)孔與裝填土壤處于同一水平，用塑料瓶做成引水管，下部放置小水桶用于承接徑流。鐵箱底部打有若干直徑1 cm小孔，用于滲透水分，底部用塑料膜接滲透水。

1.2 試驗(yàn)方法

人工模擬降雨器參數(shù)：采用西安清遠(yuǎn)測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的QYJY-501型便攜式全自動(dòng)下噴式不銹鋼人工降雨設(shè)備，該設(shè)備由降雨器、雨量計(jì)、小泵及控制器四部分組成。降雨器高6.5 m，長(zhǎng)6.5 m，降雨高度4 m，降雨面積20 m2，雨強(qiáng)變化范圍15～200 mm/h。

人工降雨方法模擬降雨設(shè)計(jì)梯度如表1所示，梯度設(shè)計(jì)根據(jù)貴州省1960―2005年降雨資料，選擇實(shí)際發(fā)生頻率最大的5個(gè)降雨強(qiáng)度。

1.3 數(shù)據(jù)采集及計(jì)算

土壤水分測(cè)定：每次降雨前測(cè)定試驗(yàn)土壤的水分含量。降雨過(guò)程中觀察記錄產(chǎn)流時(shí)間、入滲時(shí)間。每次降雨后及時(shí)收集土槽所產(chǎn)徑流，用1 000 mL量筒測(cè)。降雨停止后每小時(shí)測(cè)量入滲量，持續(xù)監(jiān)測(cè)5 h。

2 結(jié)果與分析

2.1 雨強(qiáng)對(duì)石灰土水分配的影響

“降雨-土壤吸收滲透-滲漏”過(guò)程可看作是一個(gè)小型水分平衡系統(tǒng)，降雨落在土壤上，首先入滲進(jìn)土壤，若降雨強(qiáng)度大于土壤入滲能力降雨產(chǎn)生地表徑流；若降雨強(qiáng)度小于土壤入滲能力，入滲的水分在土壤非飽和帶中運(yùn)動(dòng)，土壤含水量增加，當(dāng)土壤水分達(dá)到飽和狀態(tài)，水分穿過(guò)土體滲漏形成滲漏水，同時(shí)發(fā)生蓄滿(mǎn)產(chǎn)流現(xiàn)象。

2.1.1 雨強(qiáng)對(duì)降雨量的分布影響。由圖1可知，隨著雨強(qiáng)增大，降雨從被土壤接納1條路徑增加至3條走向，降雨量分別形成徑流量、累計(jì)滲漏量、土壤接納量。

雨強(qiáng)為20 mm/h時(shí)，降雨100%被土壤吸收，沒(méi)有水分滲漏也沒(méi)有產(chǎn)流，說(shuō)明在較小的雨強(qiáng)下降雨資源可以充分補(bǔ)充土壤，不會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生侵蝕作用，雨水資源高效利用；當(dāng)雨強(qiáng)為40 mm/h時(shí)，91.42%降雨補(bǔ)充土壤水分，8.58%降雨通過(guò)土體成為滲漏水，無(wú)產(chǎn)流，說(shuō)明在此雨強(qiáng)下，降雨20 min的降雨量已經(jīng)可以使土壤達(dá)到飽和水分狀態(tài)，并且水分通過(guò)土體補(bǔ)充土壤水分有多余的水分從土壤下界面滲漏；雨強(qiáng)為60 mm/h時(shí)，2.23%降雨量形成徑流，14.24%滲漏，83.53%被土壤吸收接納，說(shuō)明此雨強(qiáng)是產(chǎn)生徑流的轉(zhuǎn)折雨強(qiáng)，60 mm/h雨強(qiáng)是喀斯特地區(qū)石灰土產(chǎn)流的最小雨強(qiáng)，大于此雨強(qiáng)的降雨都會(huì)產(chǎn)流對(duì)土壤產(chǎn)生一定的侵蝕作用，在實(shí)際生活中，當(dāng)降雨達(dá)到60 mm/h時(shí)，應(yīng)采取一定的措施盡可能避免降雨直接落于土壤表層，降低產(chǎn)流率，同時(shí)由圖觀之此時(shí)產(chǎn)生的徑流量與滲漏量和接納量相比較小，說(shuō)明此雨強(qiáng)雖然是產(chǎn)生徑流的開(kāi)始，但徑流量不是最主要的降雨量走向，此時(shí)的雨量還是能夠滿(mǎn)足土壤水分的補(bǔ)充，并使土壤水分飽和后產(chǎn)生滲漏，雨強(qiáng)60 mm/h的降雨對(duì)水土流失來(lái)說(shuō)屬于預(yù)防階段；雨強(qiáng)為80 mm/h時(shí)，11.85%降雨量形成徑流，28.59%滲透，59.56%被土壤吸收接納，與前一個(gè)雨強(qiáng)梯度相比，產(chǎn)流量顯著增大，滲漏量也有所增加，土壤吸收接納量明顯降低，說(shuō)明此雨強(qiáng)下降雨對(duì)土壤水分補(bǔ)充作用大幅度降低，侵蝕性作用增強(qiáng)；雨強(qiáng)為120 mm/h時(shí)，18.05%降雨量形成徑流，26.59%滲漏，55.35%被土壤吸收接納，對(duì)比上一梯度雨強(qiáng)可以發(fā)現(xiàn)，盡管降雨量隨著降雨強(qiáng)度的增大而增加，但徑流量、滲漏量、土壤接納量三者之間占降雨量的比例基本不變，說(shuō)明80 mm/h的雨強(qiáng)是降雨落于土壤上水分走向的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)降雨使土壤水分飽和后，土壤水與土體成為一個(gè)均勻的介質(zhì)，再多的降雨對(duì)土壤水分沒(méi)有補(bǔ)充作用，反而隨著降雨強(qiáng)度的增加徑流量增大，對(duì)土壤表面的侵蝕力度也隨之增大，由此可以推斷此時(shí)的降雨屬于侵蝕性降雨，是引發(fā)喀斯特地區(qū)災(zāi)害的源頭之一。

2.1.2 雨強(qiáng)與土壤水分產(chǎn)流量關(guān)系。徑流系數(shù)是指一次降雨過(guò)程中的總徑流量與總降雨量的比值[14]。由圖2可知，徑流系數(shù)變化隨降雨強(qiáng)度增加而增加。雨強(qiáng)為20、40 mm/h時(shí)，徑流系數(shù)均為0，說(shuō)明在較小雨強(qiáng)下，不會(huì)引發(fā)產(chǎn)流，此刻的降雨能對(duì)土壤水分起積極補(bǔ)充作用；在降雨強(qiáng)度為60 mm/h時(shí)，徑流系數(shù)為0.02，說(shuō)明60 mm/h雨強(qiáng)是喀斯特地區(qū)石灰土產(chǎn)流的重要分界點(diǎn)，小于該雨強(qiáng)不產(chǎn)流，大于則產(chǎn)流；降雨強(qiáng)度達(dá)到80 mm/h時(shí)，徑流系數(shù)增大到0.12，相較于60 mm/h的梯度對(duì)應(yīng)的徑流系數(shù)擴(kuò)大了5倍，徑流系數(shù)變化幅度很大說(shuō)明雨強(qiáng)對(duì)產(chǎn)生徑流有重要直接的影響；雨強(qiáng)為120 mm/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的徑流系數(shù)是80 mm/h的1.5倍，說(shuō)明徑流系數(shù)的變化在降雨強(qiáng)度60～80 mm/h的范圍內(nèi)變化較大，大于80 mm/h后的雨強(qiáng)對(duì)產(chǎn)生徑流的影響程度有所降低。

由圖3可知，在雨強(qiáng)為20、40 mm/h情況下，徑流量為0，說(shuō)明在小于40 mm/h雨強(qiáng)下，土壤水分對(duì)降雨有完全吸收的能力，降雨無(wú)產(chǎn)流對(duì)土壤無(wú)侵蝕作用，但隨著雨強(qiáng)增大，特別是到達(dá)60 mm/h時(shí)，徑流量顯著升高，徑流量是446 mL，雨強(qiáng)為80 mm/h時(shí)徑流量是3 162 mL，徑流量相比上一梯度增加了7倍，說(shuō)明在此區(qū)間里，降雨強(qiáng)度對(duì)徑流量的發(fā)生影響十分巨大；當(dāng)雨強(qiáng)是120 mm/h時(shí)，徑流量是7 220 mL，徑流量增加說(shuō)明雨強(qiáng)對(duì)徑流量的影響呈正相關(guān)關(guān)系的。而從不同雨強(qiáng)間徑流量的差異來(lái)看，雨強(qiáng)為120 mm/h造成的徑流量是80 mm/h的2.3倍，與80 mm/h和60 mm/h的徑流量相比，增長(zhǎng)幅度變小，也可以說(shuō)明徑流量隨降雨強(qiáng)度增加，但雨強(qiáng)對(duì)徑流量的影響程度呈拋物線的趨勢(shì)，先增加，在60～80 mm/h這個(gè)范圍內(nèi)達(dá)到最大值，然后降低，因此可以定性的認(rèn)為60～80 mm/h這個(gè)雨強(qiáng)下的降雨資源是利用率最低的降雨，可能是由于雨強(qiáng)增大對(duì)土壤表土的機(jī)械作用增強(qiáng)，加快表土結(jié)皮以至于徑流量迅速增加，但隨雨強(qiáng)繼續(xù)增大，表土結(jié)皮可能被破壞，使得徑流量增幅降低。

2.1.3 雨強(qiáng)與滲漏量的關(guān)系。由圖4可知，雨強(qiáng)對(duì)滲漏量有著顯著的影響，總的規(guī)律是滲漏量隨雨強(qiáng)增大而增大。雨強(qiáng)為20 mm/h時(shí)，滲漏量為0 mL，說(shuō)明在較小的雨強(qiáng)下，土壤能夠充分吸收降雨并保持水分在土壤中，沒(méi)有水分滲漏；雨強(qiáng)為40 mm/h時(shí)，滲漏量為1 143.7 mL，說(shuō)明該降雨強(qiáng)度下土壤水分入滲吸收過(guò)程較為完整，經(jīng)歷滲潤(rùn)、滲吸過(guò)程后土壤空隙水分從不飽和狀態(tài)逐漸發(fā)展為飽和狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)生滲漏，結(jié)合圖3中40 mm/h降雨徑流量為0 mL，說(shuō)明在這個(gè)雨強(qiáng)下土壤水分滲透屬于未達(dá)產(chǎn)流且雨水能穩(wěn)定入滲至滲漏，降雨強(qiáng)度小于土壤入滲速率；雨強(qiáng)為60 mm/L時(shí)，滲漏量為2 848.7 mL，與40 mm/h的雨強(qiáng)相比，滲漏量增加了2.5倍；滲漏量在雨強(qiáng)從40 mm/h增強(qiáng)到60 mm/h的過(guò)程中滲漏量顯著升高，雨強(qiáng)為80 mm/h時(shí)滲漏量為7 623.7 mL，滲漏量是60 mm/h雨強(qiáng)的2.7倍，滲漏量隨雨強(qiáng)增大而增大，但在增加幅度上僅略有增加；雨強(qiáng)為120 mm/h時(shí)滲漏量為10 637.7 mL，是雨強(qiáng)為80 mm/h時(shí)的1.4倍，在80～120 mm/h降雨強(qiáng)度的變化過(guò)程中，滲漏量增加幅度呈降低趨勢(shì)，雨強(qiáng)從40 mm/h增加至120 mm/h的過(guò)程中可以看到40～60 mm/h內(nèi)滲漏量隨雨強(qiáng)增大迅速增加，在80 mm/h雨強(qiáng)時(shí)基本達(dá)到最大值，在80～120 mm/h增加過(guò)程中增幅降低，這個(gè)過(guò)程說(shuō)明雨強(qiáng)增大對(duì)滲漏量增加影響是有限的，這也反映了雨強(qiáng)對(duì)土壤不同作用力下水分入滲率是不同的，雨強(qiáng)在一定范圍內(nèi)對(duì)入滲率顯著影響，小于或超過(guò)此范圍，雨強(qiáng)不再是影響滲漏量的主要因素。

2.1.4 雨強(qiáng)與土壤接納量的關(guān)系。降雨落在土壤表面，入滲補(bǔ)充土壤水分且沒(méi)有滲漏出來(lái)的部分降雨量是土壤接納量。由圖5可知，土壤對(duì)降雨的接納量隨降雨強(qiáng)度的增加基本呈增加趨勢(shì)。雨強(qiáng)為20 mm/h時(shí)，接納量為6 300 mL，降雨完全被土壤吸收，補(bǔ)充土壤水分；雨強(qiáng)為40 mm/h時(shí)，接納量為12 186.3 mL，較20 mm/h雨強(qiáng)土壤接納量增加2.1倍；雨強(qiáng)為60 mm/h時(shí)，接納量為16 705.7 mL，較40 mm/h雨強(qiáng)土壤接納量增加1.3倍；雨強(qiáng)為80 mm/h時(shí)，接納量為15 884.7 mL，較60 mm/h雨強(qiáng)土壤接納量增加1.2倍；雨強(qiáng)為120 mm/h時(shí)，接納量為22 141.6 mL，較80 mm/h雨強(qiáng)土壤接納量增加1.6倍，可以看出在雨強(qiáng)小于40 mm/h的范圍內(nèi)，土壤對(duì)降雨接納量的吸收是較為顯著的，雨強(qiáng)小，全部降雨可以充分完成入滲過(guò)程達(dá)到補(bǔ)充土壤水分的作用；當(dāng)降雨強(qiáng)度增加至60 mm/h，土壤對(duì)水分的接納量也在增加，但增幅小于40 mm/h以?xún)?nèi)雨強(qiáng)變化；雨強(qiáng)增至80 mm/h時(shí)，土壤吸收量卻有一定的下降，可能由于雨強(qiáng)過(guò)大，雨水下落在土壤表層迅速形成地表?yè)魧?shí)層[15]，在一定時(shí)間內(nèi)減少了雨水向土壤內(nèi)部入滲的量，導(dǎo)致產(chǎn)流量增加，土壤接納量減少；雨強(qiáng)為120 mm/h時(shí)，接納量增加，這說(shuō)明在此雨強(qiáng)下，土壤表面易產(chǎn)生積水，具有一定的水勢(shì)加速土壤入滲速率，從而使得土壤水分接納量增加。

2.2 降雨對(duì)土壤水分變化的影響分析

在喀斯特地區(qū)有研究[16]發(fā)現(xiàn)土壤水分含量隨時(shí)間變化明顯，在夏季達(dá)峰值，然后呈下降趨勢(shì)，至冬季達(dá)最低值，隨后又逐漸增加，同時(shí)隨石漠化程度的加深，其土壤含水量變化幅度呈減少趨勢(shì)，這個(gè)變化與該地區(qū)降雨規(guī)律基本符合。

土壤水分垂直入滲的過(guò)程是一個(gè)時(shí)變過(guò)程[17]，并且通過(guò)降雨前期、中期、后期的不同層次的土壤水分動(dòng)態(tài)變化的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。降雨對(duì)土壤水分入滲的過(guò)程影響可由土壤不同層次間的含水量變化表示。

2.2.1 土壤各層水分對(duì)降雨的響應(yīng)變化。圖6是60 mm/h雨強(qiáng)、20 min歷時(shí)的降雨后，各層土壤水分含量在80 min內(nèi)的變化規(guī)律，可知0～30 cm 3層土壤水分峰值出現(xiàn)在降雨20 min后，之后隨時(shí)間推移而降低至穩(wěn)定，30～50 cm 2層土壤水分變化較小，緩慢增加，在降雨40 min后達(dá)到峰值才逐漸降低。土壤水分層次變化表示60 mm/h雨強(qiáng)下，降雨對(duì)厚度在30 cm的土層影響較大，水分變化較快幅度較高，其中0～10 cm表層土壤水分變化幅度較大，說(shuō)明降雨后表層的土壤水分變化較大，較為敏感，因此接下來(lái)的分析主要討論表層土壤水分對(duì)降雨強(qiáng)度變化的響應(yīng)規(guī)律。

2.2.2 不同降雨強(qiáng)度下表層土壤含水率的變化。雨強(qiáng)不僅（下轉(zhuǎn)第202頁(yè)）

對(duì)雨水落在裸土表面的走向具有巨大影響，對(duì)土壤水分入滲過(guò)程也有顯著影響。試驗(yàn)[18]表明雨強(qiáng)變化對(duì)黃土坡面降雨入滲及土壤水分再分布的微觀水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程具有重要影響。

圖7是20 mm/h和60 mm/h雨強(qiáng)下，初始含水率一致的表層土壤水分的變化趨勢(shì)，土壤水分在一定時(shí)間內(nèi)增加，但達(dá)到峰值后降低，成一個(gè)拋物線狀。由圖7可知，在初始含水率相同的狀態(tài)下，土壤水分變化達(dá)到峰值都在降雨后20 min，60 mm/h雨強(qiáng)下的土壤水分的增幅是1.7，高于20 mm/h雨強(qiáng)下土壤水分增幅1.1，降雨強(qiáng)度越大，土壤含水率變化越大。但是圖上顯示在降雨停止80 min后，不同降雨強(qiáng)度下土壤含水率穩(wěn)定值幾乎一樣，說(shuō)明降雨強(qiáng)度顯著影響土壤含水率變化，但不是土壤水分最終的穩(wěn)定值的主要影響因素。60 mm/h雨強(qiáng)降雨后表土水分變化較大，先顯著增加而后降低，土壤含水率的變化展示了降雨后水分先是被表層土壤吸收后然后發(fā)生入滲過(guò)程，從第1層入滲至下層的土壤，使得土壤整體含水量增加這樣一個(gè)過(guò)程，說(shuō)明雨強(qiáng)增大，對(duì)土壤含水量的補(bǔ)充有著正面的影響意義。

3 結(jié)論

貴州喀斯特地區(qū)降雨落于石灰土表面后主要發(fā)生過(guò)程是入滲和徑流，徑流產(chǎn)生對(duì)土壤有侵蝕作用，60 mm/h雨強(qiáng)是石灰土的產(chǎn)流臨界雨強(qiáng)，降雨強(qiáng)度小于60 mm/h的降雨可歸類(lèi)于有效降雨，降雨能完成土壤水分入滲過(guò)程，對(duì)土壤水分有補(bǔ)充作用，≥60 mm/h的降雨歸類(lèi)為侵蝕性降雨。

20、40 mm/h雨強(qiáng)的降雨對(duì)石灰土水分補(bǔ)充較好，20 mm/h雨強(qiáng)的降雨量較小，40 mm/h雨強(qiáng)的降雨量充足并可以充分補(bǔ)充土壤水分，因此40 mm/h屬于最佳降雨。

60～80 mm/h降雨強(qiáng)度對(duì)徑流量的發(fā)生影響達(dá)到峰值，在此范圍內(nèi)降雨強(qiáng)度越大，產(chǎn)流量越高，對(duì)土壤的侵蝕力越強(qiáng)，土壤對(duì)降雨的吸收率越低，對(duì)雨水資源的利用率就越低，因此這個(gè)雨強(qiáng)范圍內(nèi)的降雨是利用率最低的降雨。

降雨強(qiáng)度對(duì)土壤水分入滲后的再分布有顯著影響，雨強(qiáng)越大，土壤表層含水率變化越大，土壤水分的增加過(guò)程在降雨后20 min達(dá)到最大值再緩慢降低，在土壤土水分飽和之前土壤含水量最大影響因素是雨強(qiáng)小于60 mm/h的降雨。

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篇7

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：能說(shuō)出二氧化碳的主要物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；能用二氧化碳的性質(zhì)解釋生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象；再次練習(xí)固體、液體藥品取用等基本操作。

過(guò)程與方法：通過(guò)對(duì)二氧化碳的性質(zhì)、用途等有關(guān)知識(shí)的探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會(huì)獲得知識(shí)的過(guò)程，使學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)探究的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。通過(guò)相互交流、探究式的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生產(chǎn)生科學(xué)探究的興趣，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)化學(xué)的強(qiáng)烈愿望。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生從生活視角觀察二氧化碳的存在及用途，再?gòu)纳鐣?huì)視角分析其使用，體會(huì)化學(xué)與社會(huì)的關(guān)系；在探究活動(dòng)中，感受合作學(xué)習(xí)、研討、理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，創(chuàng)設(shè)學(xué)術(shù)氛圍、滲透科研方法，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)方法觀。通過(guò)對(duì)溫室氣體之一的二氧化碳的介紹，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，并且有意識(shí)辯證地看待問(wèn)題。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

探究二氧化碳與水反應(yīng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)和掌握相關(guān)反應(yīng)方程式。

教具學(xué)具

實(shí)驗(yàn)用品：燒杯、集氣瓶、鐵架臺(tái)、試管、礦泉水瓶、噴壺、紙花、蠟燭、階梯、毛玻璃片、火柴；鹽酸、石灰石、水、石蕊試液

教學(xué)媒體的準(zhǔn)備及使用環(huán)境

媒體的準(zhǔn)備：幻燈片的制作，上網(wǎng)查找干冰升華、人工降雨視頻

媒體使用環(huán)境：多媒體教室

本節(jié)課提供了大量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，但有的實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)有條件下無(wú)法完成，例如，干冰極不易保存，所以干冰升華、人工降雨實(shí)驗(yàn)在課上完成起來(lái)有困難。本節(jié)課我利用網(wǎng)絡(luò)資源，找到干冰升華、人工降雨的視頻，在課上播放，不但節(jié)省時(shí)間，而且效果非常好。多媒體展示自然、生動(dòng)，使學(xué)習(xí)者易于接受，有利于激發(fā)和維持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)由感性到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。學(xué)生通過(guò)對(duì)多媒體提供的大量信息進(jìn)行認(rèn)真觀察、思考，感知教材，既提高了課堂教學(xué)效率，又實(shí)現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)的整體優(yōu)化。因此，通過(guò)多媒體資源與課堂教學(xué)的整合，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，使化學(xué)教學(xué)充滿(mǎn)生機(jī)和活力。

教學(xué)過(guò)程

導(dǎo)入新課

猜謎語(yǔ)：農(nóng)民伯伯說(shuō)我是莊稼的糧食；消防隊(duì)員說(shuō)我是滅火先鋒；環(huán)境學(xué)家說(shuō)我是溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)住Ｖi底：二氧化碳。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣。

設(shè)問(wèn)：你還知道其他有關(guān)二氧化碳的事情嗎？

教師首先通過(guò)圖片展示二氧化碳循環(huán)圖，介紹固態(tài)二氧化碳——干冰，然后通過(guò)視頻播放干冰升華、人工降雨的過(guò)程，講解人工降雨的原理。

設(shè)計(jì)意圖：滲透生活中處處有化學(xué)，激發(fā)學(xué)生探求新知的興趣。

環(huán)節(jié)一：二氧化碳的物理性質(zhì)

學(xué)生通過(guò)肉眼無(wú)法觀察到密度和溶解性，于是教師演示紙?zhí)炱綄?shí)驗(yàn)，并指導(dǎo)學(xué)生親手做二氧化碳溶于水實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：二氧化碳密度比空氣大，能溶于水。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、分析問(wèn)題能力。

環(huán)節(jié)二：二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)

在二氧化碳溶于水的過(guò)程中，有沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化呢？教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)化學(xué)變化的判斷標(biāo)準(zhǔn)；是否有新物質(zhì)生成；反應(yīng)物是否減少。

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)判斷化學(xué)變化的依據(jù)，使學(xué)生形成階段性總結(jié)的意識(shí)，拓展思維。

引導(dǎo)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)：取少量瓶中液體于試管中，滴加石蕊試劑，石蕊變紅。是什么使石蕊變紅的？分析瓶中液體的成分：水、二氧化碳、新物質(zhì)。

結(jié)論1：二氧化碳與水反應(yīng)生成了一種酸——碳酸：

H2O+CO2==H2CO3 。

演示實(shí)驗(yàn)：加熱變紅的小花又變回紫色。

結(jié)論2：碳酸不穩(wěn)定，受熱立刻分解，變成了二氧化碳和水：H2CO3== H2O+CO2。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在探究二氧化碳的過(guò)程中，體驗(yàn)了一次完整的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，學(xué)生在明確了化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程的同時(shí)，也提升了實(shí)驗(yàn)探究的能力。

演示實(shí)驗(yàn)：檢驗(yàn)碳酸飲料中的二氧化碳，現(xiàn)象：石灰水變渾濁了。

結(jié)論3 ： 二氧化碳能與石灰水反應(yīng)：

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。

教師在此時(shí)提醒學(xué)生碳酸飲料會(huì)腐蝕牙齒；飲料中的磷酸影響鈣和鐵的吸收，造成缺鈣和貧血。

設(shè)計(jì)意圖：滲透生活中處處有化學(xué)，激發(fā)學(xué)生探求新知的興趣。

講述和設(shè)疑：在實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳時(shí)，這個(gè)反應(yīng)可以用來(lái)檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w。那么如何驗(yàn)滿(mǎn)呢？

學(xué)生回答：用燃著的小木條，小木條熄滅。

結(jié)論4：一般情況下，二氧化碳不能燃燒，不支持燃燒，不供給呼吸。

設(shè)計(jì)意圖：用學(xué)生已經(jīng)熟悉的知識(shí)引出本節(jié)課新知識(shí)，過(guò)渡自然，學(xué)生易于接受。

教師播放視頻：檢驗(yàn)久未開(kāi)啟的菜窖是否能下去；進(jìn)山洞用火把照明更安全。在久未開(kāi)啟的菜窖，干涸的深井等處一定要防止二氧化碳含量過(guò)高而危及生命。怎樣測(cè)試菜窖里二氧化碳的含量過(guò)高？

演示實(shí)驗(yàn)：傾倒二氧化碳滅蠟燭實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)意圖：應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解釋生活現(xiàn)象，拓展視野，將課本上的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活，滲透生活中處處有化學(xué)。

環(huán)節(jié)三：二氧化碳的用途

根據(jù)二氧化碳的性質(zhì)，總結(jié)二氧化碳的用途。

設(shè)計(jì)意圖：傳遞化學(xué)理念：物質(zhì)的性質(zhì)決定用途，用途反映物質(zhì)的性質(zhì)。

環(huán)節(jié)四：了解溫室效應(yīng)

CO2具有很多用途，那么在空氣中是否越多越好呢？展示溫室效應(yīng)圖片，讓學(xué)生感受溫室效應(yīng)的危害。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生辯證地看待問(wèn)題的思維，辯證地看待二氧化碳?xì)怏w的利與弊，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。

環(huán)節(jié)五：小結(jié)

教學(xué)反思

1.縱觀本節(jié)課，信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的有效結(jié)合，提高學(xué)習(xí)的效果和效率，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的深度理解和靈活運(yùn)用，促進(jìn)學(xué)生解決問(wèn)題以及創(chuàng)造能力的發(fā)展。同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)的能力、對(duì)信息內(nèi)容的理解與批判能力以及處理并運(yùn)用信息的能力。

篇8

2.從影響因素角度考查，結(jié)合區(qū)域背景，針對(duì)區(qū)域最主要的影響因素作答，可能從水資源短缺、荒漠景觀、植被表現(xiàn)耐旱特征（葉呈針狀或退化、葉硬質(zhì)、葉有蠟質(zhì)、根系特別發(fā)達(dá)等）或湖泊萎縮等其他角度設(shè)問(wèn)。

3.從旱災(zāi)的受災(zāi)體角度考查，分析其危害和對(duì)應(yīng)的具體措施。

下面，我們結(jié)合例題，分別看看這三種考查方式應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)。

例1 讀下圖，回答問(wèn)題。

在上圖所反映的季節(jié)里，造成我國(guó)華北地區(qū)旱災(zāi)的原因是（ ）

A.氣溫回升快，蒸發(fā)量大

B.水源短缺，農(nóng)田需水量大

C.降水量較少，土壤干燥

D.植被稀少，涵養(yǎng)的水源少

解析 這道題很容易錯(cuò)，在平常課程講解中，各選項(xiàng)都是導(dǎo)致華北地區(qū)春旱的原因，但具體到題目，考查的是旱災(zāi)和干旱的區(qū)別。干旱是旱災(zāi)的致災(zāi)因子，而旱災(zāi)必須有受災(zāi)體。ACD都是華北春季干旱的原因，而B(niǎo)反映了由于干旱導(dǎo)致的水資源短缺，并且導(dǎo)致農(nóng)業(yè)缺水。所以本題選擇B選項(xiàng)。

答案 B

點(diǎn)拔 干旱是因長(zhǎng)時(shí)間無(wú)降水或降水量少而造成空氣干燥、土壤缺水的一種現(xiàn)象。影響干旱的因素分自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。自然因素，包括降水少、氣溫高、寒流來(lái)襲導(dǎo)致降溫減濕、大風(fēng)導(dǎo)致蒸發(fā)加劇、植被差導(dǎo)致涵養(yǎng)水份調(diào)節(jié)小氣候功能下降、地形崎嶇影響地表水流速和下滲等一系列原因。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，包括人口稠密、工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，生產(chǎn)生活用水量大、水污染、利用率低等導(dǎo)致水資源不足。

對(duì)一個(gè)地區(qū)干旱的影響是單個(gè)要素影響或多個(gè)要素共同影響。例如華北地區(qū)春旱的原因：春季氣溫回升快，蒸發(fā)旺盛；雨帶還沒(méi)到來(lái)，降水稀少；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量大。需要注意不同地區(qū)的影響因素有主次之分，比如季風(fēng)區(qū)更主要的為降水的季節(jié)差異和年際變化。

例2 2013年春我國(guó)部分地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的干旱。讀圖回答。

在發(fā)生重、特旱的地區(qū)，此時(shí)期最可能出現(xiàn)（ ）

A.滑坡 B.沙塵暴

C.森林火險(xiǎn) D.土壤鹽堿化

解析 這道題考查干旱對(duì)受災(zāi)體可能帶來(lái)怎樣的危害，屬于我們身邊能夠接觸到的地理問(wèn)題。圖中重、特旱的地區(qū)主要位于我國(guó)西南地區(qū)，西南地區(qū)山區(qū)面積廣大，氣候濕潤(rùn)，森林覆蓋率高。氣候干旱容易導(dǎo)致森林火災(zāi)。暴雨容易引起滑坡、泥石流，在這個(gè)季節(jié)很少；沙塵暴天氣主要分布在我國(guó)西北和北方地區(qū)；土壤鹽堿化主要由不合理的灌溉引起，并且南方濕潤(rùn)地區(qū)由于干旱導(dǎo)致的土地鹽堿化問(wèn)題很少。

答案 C

點(diǎn)拔 干旱常與旱災(zāi)相關(guān)聯(lián)，但旱災(zāi)與干旱有一定區(qū)別。旱災(zāi)的發(fā)生是某一時(shí)期降水比多年平均偏少而導(dǎo)致地區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)（尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)）、人類(lèi)生存受到危害。干旱與旱災(zāi)的主要區(qū)別在于干旱是發(fā)生旱災(zāi)的致災(zāi)因子，而旱災(zāi)的發(fā)生還需要有受災(zāi)體，受災(zāi)體主要包括生態(tài)、農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等，具體如下表所示。

[受災(zāi)體＼&危 害＼&舉 例＼&生 態(tài)＼&對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不利影響＼&如森林大火、病蟲(chóng)害、土地鹽堿化、河流斷流、湖泊萎縮等＼&農(nóng) 業(yè)＼&對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量或牧場(chǎng)產(chǎn)量足以產(chǎn)生不利影響＼&如作物正常生長(zhǎng)受到影響＼&社會(huì)經(jīng)濟(jì)＼&對(duì)人民的生活和生產(chǎn)帶來(lái)水資源等問(wèn)題不利影響＼&如水資源緊張，高溫導(dǎo)致人體健康受到影響＼&]

例3 海河流域人均水資源占有量不足全國(guó)的1/7。讀圖，針對(duì)流域水資源匱乏的現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)采取的對(duì)策。

解析 針對(duì)農(nóng)業(yè)水資源短缺問(wèn)題，類(lèi)似于旱災(zāi)給農(nóng)業(yè)帶來(lái)的不利影響問(wèn)題，可以從緩解農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的角度出發(fā)，主要從培育和種植耐旱作物，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)（滴灌、噴灌、微灌），提高水資源利用率等方面分析。

答案 推廣耐旱作物（調(diào)整作物類(lèi)型、進(jìn)行品種改良）；應(yīng)用噴灌、滴灌、微灌等節(jié)水技術(shù)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高抵御旱災(zāi)的能力。

點(diǎn)拔 針對(duì)不同受災(zāi)體，緩解旱災(zāi)的措施如下表所示。

[受災(zāi)體＼&緩解措施＼&生態(tài)＼&做好監(jiān)測(cè)與預(yù)防準(zhǔn)備工作；人工降雨等＼&農(nóng)業(yè)＼&加強(qiáng)旱災(zāi)預(yù)測(cè)，為有效防災(zāi)做準(zhǔn)備；推廣耐旱作物（調(diào)整作物類(lèi)型、進(jìn)行品種改良）；應(yīng)用噴灌、滴灌等節(jié)水技術(shù)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（跨流域調(diào)水，修建水庫(kù)）；人工降雨等，提高抵御旱災(zāi)的能力＼&社會(huì)

經(jīng)濟(jì)＼&做好監(jiān)測(cè)與預(yù)防準(zhǔn)備工作；控制人口數(shù)量，提高素質(zhì)；減少水污染；減少浪費(fèi)，提高利用率；限制高耗水工業(yè)的發(fā)展；實(shí)行水價(jià)調(diào)節(jié)，樹(shù)立節(jié)水意識(shí)；海水淡化；適度開(kāi)采地下水；人工降雨等＼&]

通過(guò)對(duì)上述干旱和旱災(zāi)的例題分析，可以總結(jié)出針對(duì)此類(lèi)試題的處理流程：

1.仔細(xì)閱讀題干信息，明確干旱和旱災(zāi)發(fā)生的區(qū)位、季節(jié)、自然地理及人文地理?xiàng)l件；

2.結(jié)合獲取的有效信息，構(gòu)建試題背景模型，從各角度綜合考量試題設(shè)問(wèn)內(nèi)容；

3.根據(jù)構(gòu)建的模型，詳細(xì)探究旱災(zāi)和干旱發(fā)生的原因、影響和對(duì)應(yīng)措施；

4.利用所學(xué)地理原理和規(guī)律，用科學(xué)的地理語(yǔ)言，準(zhǔn)確敘述回答問(wèn)題。

在最后的復(fù)習(xí)階段，要求我們?cè)趥淇贾羞M(jìn)行對(duì)這個(gè)專(zhuān)題深入探究，理解本質(zhì)、辨析區(qū)別，真正提高理解、探究和知識(shí)遷移能力。

[練習(xí)]

1.閱讀下列圖表資料，回答問(wèn)題。

我國(guó)是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，其中水、旱災(zāi)害尤其突出，對(duì)我國(guó)人民的生產(chǎn)和生活造成極大危害。

1949年到1998年我國(guó)部分地區(qū)水、旱災(zāi)害頻次

[地區(qū)＼&旱災(zāi)頻次＼&水災(zāi)頻次＼&三江平原及長(zhǎng)白山地＼&32＼&219＼&松遼平原＼&169＼&357＼&環(huán)渤海平原＼&415＼&799＼&黃淮平原＼&846＼&1407＼&長(zhǎng)江中下游平原和江南丘陵＼&949＼&2151＼&]

概括我國(guó)水、旱災(zāi)害的分布及發(fā)生頻次的特點(diǎn)。

2.干旱災(zāi)害是中國(guó)主要的氣象災(zāi)害之一。下圖反映了我國(guó)1950～1991年間不同區(qū)域干旱季節(jié)分布及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。讀圖回答下列問(wèn)題。

（1）判斷圖中旱災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)（寫(xiě)序號(hào)）并說(shuō)明依據(jù)。

（2）分析②、③兩區(qū)旱災(zāi)季節(jié)差異的原因。

（3）說(shuō)明①區(qū)春旱引發(fā)的最主要的次生災(zāi)害及其監(jiān)測(cè)手段。

3.下圖所示區(qū)域的沿海地區(qū)年降水量約50毫米，東部山地雪線高度在4480～5000米之間。自20世紀(jì)90年代，該地區(qū)開(kāi)始種植蘆筍（生長(zhǎng)期耗水量較大），并發(fā)展成為世界上最大的蘆筍出口區(qū)。

分析圖示沿海地區(qū)氣候干旱的原因。

4.森林火災(zāi)，是指失去控制，在林地內(nèi)自由蔓延和擴(kuò)展，對(duì)森林、森林生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)帶來(lái)一定危害和損失的林火行為，是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害。全世界每年平均發(fā)生森林火災(zāi)20多萬(wàn)次，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的1‰以上。下圖為“2013年美國(guó)加利福尼亞主要森林火災(zāi)地點(diǎn)分布圖”。

試分析加利福尼亞森林火災(zāi)的主要自然原因及其影響。

[參考答案]

1.分布特點(diǎn)：我國(guó)水、旱災(zāi)害集中分布在東北地區(qū)；南方以水災(zāi)為主，北方以旱災(zāi)為主。

頻次特點(diǎn)：我國(guó)水、旱災(zāi)害發(fā)生頻次較高，且發(fā)生頻次由南向北減少；無(wú)論南方還是北方，頻次均是水災(zāi)多于旱災(zāi)。

2.（1）②區(qū)。依據(jù)：②區(qū)的旱災(zāi)糧食損失量占全國(guó)旱災(zāi)糧食損失總量的百分比（或B）、旱災(zāi)面積占全國(guó)旱災(zāi)面積的百分比（或C）均最高。

（2）②區(qū)：春季降水少；升溫快，蒸發(fā)旺盛。③區(qū)：夏秋季受高氣壓（副高）控制，盛行下沉氣流，干燥少雨。

（3）森林火災(zāi)；遙感技術(shù)。

篇9

本文內(nèi)容涉及現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)、室內(nèi)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算機(jī)模擬等環(huán)節(jié)，全文所提供的研究思路、原位數(shù)據(jù)與研究結(jié)論，對(duì)促進(jìn)泥石流堆積體滑坡機(jī)制、滑坡轉(zhuǎn)化泥石流機(jī)理、泥石流起動(dòng)機(jī)理等學(xué)科前沿問(wèn)題的研究，均有一定的參考價(jià)值。

2 泥石流堆積體的特征

泥石流堆積物是泥石流活動(dòng)的產(chǎn)物，它的各種特征客觀地記錄了泥石流的基本性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)特性、暴發(fā)頻率、規(guī)模大小和沉積環(huán)境，它的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造是泥石流體的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力特性和成巖作用三者的聯(lián)合效應(yīng)。

前人對(duì)云南東川蔣家溝粘性泥石流堆積物作了大量的研究[2]。粘性泥石流的堆積過(guò)程介于稀性泥石流和塑性泥石流堆積過(guò)程之間的過(guò)渡形式。兩種典型泥石流沉積結(jié)構(gòu)如圖1，2所示。圖1為粗化分層構(gòu)造，為不同場(chǎng)次泥石流堆積后的“水流粗化”的結(jié)果。圖2為反向粒級(jí)構(gòu)造，上部正粒級(jí)是重力分異的結(jié)果，下部的反向粒是層流剪切的結(jié)果。

3 試驗(yàn)研究

以云南省小江流域泥石流分層粗化構(gòu)造土層堆積體（圖2）為對(duì)象，進(jìn)行滑坡起動(dòng)試驗(yàn)。

對(duì)堆積區(qū)原狀土取樣，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。顆粒分析使用篩析和比重計(jì)法。試驗(yàn)儀器為4.0～1.0 mm分析篩和甲種比重計(jì)，分散劑為六偏磷酸鈉。試驗(yàn)表明，礫石呈次磨圓角礫狀，最大礫徑φ60 mm，為殘坡積物，礫石含量43.2%，粘粒含量4.7%，均勻系數(shù)uC= 972.4，表明泥石流堆積區(qū)原狀礫石土樣為極為不均勻，但在較高圍壓下，細(xì)顆粒充填于粗顆粒所形成的空隙中，可形成高密度和較好的力學(xué)特性。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

三軸試驗(yàn)使用TSZ30-2.0應(yīng)變控制式三軸儀。按儀器規(guī)格，去除>5 mm的泥石流堆積土，并保持

礫石土的滲透系數(shù)試驗(yàn)使用TST?70型滲透儀。土體密度按1.56 g/cm3配制，用等量替換法制備成接近新近沉積弱固結(jié)的土體。平均滲透系數(shù)為0.006 cm/s，結(jié)果與細(xì)砂的滲透系數(shù)0.001～0.006 cm/s較接近，由于松散原狀土中的孔隙率應(yīng)大于試驗(yàn)配制土，則可推測(cè)，滲透性應(yīng)略大于0.006 cm/s，是屬于強(qiáng)滲透系數(shù)的土類(lèi)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

現(xiàn)場(chǎng)人工降雨滑坡起動(dòng)試驗(yàn)于2004年8月～10月期間完成。野外人工降雨試驗(yàn)設(shè)備由人工降雨裝置與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集設(shè)備組成。含水量測(cè)量采用美國(guó)產(chǎn)的TRASE TDR時(shí)域水分儀，測(cè)試數(shù)據(jù)以體積含水量參數(shù)表示，由美國(guó)產(chǎn)的CR10X完成數(shù)據(jù)采集。設(shè)置TRASE的采樣頻率為2 min/次，CR10X的采樣頻率為5 s/次。傳感器在不同土層深度進(jìn)行埋設(shè)。傳感器埋設(shè)布置見(jiàn)圖4。圖4中點(diǎn)劃線是實(shí)地測(cè)量的土體大致滑動(dòng)線。

試驗(yàn)中放置雨量筒2個(gè)，測(cè)得的降雨量分別為140.9和142.6 mm，平均為141.75 mm，降雨總歷時(shí)141 min，實(shí)際降雨強(qiáng)度為60.3 mm/h。試驗(yàn)步驟與現(xiàn)象如表4所示。

降雨停止后對(duì)坡面特征地形進(jìn)行測(cè)量與土體取樣。通過(guò)測(cè)量，形成沖溝的溝床坡度為45°～46.5°，頂部探頭處形成的崩塌的滑動(dòng)面坡度為47°，后壁坡度為81.5°，明顯的滑動(dòng)層厚度從下至上分別為27，24和17 cm。根據(jù)土層深度與坡體不同位置，實(shí)測(cè)土體發(fā)生破壞時(shí)體積含水量見(jiàn)表5。

4 穩(wěn)定性分析

在野外試驗(yàn)沒(méi)有實(shí)時(shí)測(cè)量孔隙水壓力，因此，對(duì)Spencert法[3]進(jìn)行修改，利用全應(yīng)力法分析泥石流堆積體邊坡穩(wěn)定。

如圖5所示，根據(jù)水平方向力的平衡與Mohr- Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，可導(dǎo)出基本平衡方程：

在本文中沒(méi)有考慮坡體后緣裂隙的水壓力，因此，從物理現(xiàn)象來(lái)看，表6中1#條塊計(jì)算值中出現(xiàn)負(fù)值是不合現(xiàn)實(shí)的。這也是基于SPENCER條分法分析坡體穩(wěn)定性的缺陷。表6中Microsoft Excel表單給出了最可能圓弧滑動(dòng)面計(jì)算數(shù)據(jù)與過(guò)程。計(jì)算所取用的參數(shù)見(jiàn)表2，5。在表6中單元$B$11：$D$11和$S$4：$T$4中分別輸入任意圓心坐標(biāo)、側(cè)壓力系數(shù)、安全系數(shù)值9c=x，R = 13，=aλ0，F(xiàn) = 1。激活Microsoft內(nèi)建的規(guī)劃求解器（Solver），設(shè)定目標(biāo)單元格$U$4為最小值，約束條件$S$7：$T$7=0，Radius≥cy，0min=X，8c=y，F(xiàn)≥1，單擊求解器選項(xiàng)菜單，選中“自動(dòng)比例”，求解后可得到最危險(xiǎn)滑動(dòng)面F = 1.9，=aλ0.7。最可能的非圓弧滑面在已知圓弧滑面的基礎(chǔ)上，改變求解器自動(dòng)搜索選項(xiàng)，給定約束條件$D$20：$D$44≤$C$20：$C$44，$D$44=0，$O$22：$O$44≥0，$S$7：$T$7=0，F(xiàn)≤2，F(xiàn)≥0，設(shè)定可變單元格$T$4，$S$4，$B$11：$D$11，目標(biāo)單元格不變，求解后可得到最優(yōu)非圓弧滑面的安全系數(shù)F = 1.7，比圓弧滑面略小，側(cè)向推力系數(shù)=aλ0.8，大于圓弧滑面。圖6給出了3個(gè)從不同初始圓弧弧面程序搜索得到的非圓弧滑面，相對(duì)坐標(biāo)差值處于在千分位以后，因此，計(jì)算結(jié)果相當(dāng)穩(wěn)定。

將坡面坐標(biāo)減去0.5 m作為實(shí)際滑動(dòng)面坐標(biāo)，來(lái)取代表6中滑坡面坐標(biāo)$D$20：$D$44，進(jìn)行實(shí)際滑面上土體的穩(wěn)定性分析。在規(guī)劃求解器（Solver） 中，設(shè)定目標(biāo)單元格$U$4為最小值，約束條件$S$7：$T$7=0，可變單元格$S$4：$T$4，規(guī)劃求解器找不到精確解，但是給出了一個(gè)最接近的迭代值，F(xiàn) = 4.0，=aλ1.8。

5 滑坡失穩(wěn)的機(jī)理

由于在求解器約束條件中，限定圓弧滑面的剪出口在坡腳X = 0的位置，求解得到的最不穩(wěn)定圓弧滑面的后緣和剪出口坐標(biāo)位置與實(shí)際觀察一致。但是，條塊高度h （$K$21：$K$44）最大值為3.31 m，最小值為0.16 m，與實(shí)際觀測(cè)滑面位置（圖6中虛線）不符。最可能的非圓弧滑面的位置較圓弧滑面線更接近邊坡側(cè)面，但是仍與實(shí)際觀測(cè)面位置有一定差距。

從實(shí)際滑面坐標(biāo)分析滑體的穩(wěn)定性，根據(jù)式（1）可知，滑動(dòng)面上抗滑力主要取決于滑動(dòng)面土體的抗剪強(qiáng)度，在抗剪強(qiáng)度降低4倍以下時(shí)，可得到2.0=ΣM，0=ΣF，且側(cè)推力系數(shù)達(dá)到3.4，坡體接近臨界狀態(tài)，才有可能形成不穩(wěn)定的滑動(dòng)面。當(dāng)實(shí)際滑面坐標(biāo)取為斜坡側(cè)面高程40 cm以下時(shí)，可以找到一解：7.4=F，8.1a=λ，并滿(mǎn)足所有約束條件與最優(yōu)狀況。分別減少土層厚度值，可得出不同的穩(wěn)定性系數(shù)，如表7所示。

（1） 隨著土層厚度的減少，滑面以上泥石流堆積體表層土體因含水量提高，相對(duì)重量增加，但是，平行坡面的切向力不能克服土體的抗力產(chǎn)生滑動(dòng)，并且穩(wěn)定系數(shù)隨上覆土層重量的減低逐步上升。

（2） 斜坡表層土體50 cm內(nèi)的滑動(dòng)不是由于滑面以上土體整體極限平衡破壞產(chǎn)生的。

（3） 整體極限平衡破壞主要發(fā)生在土層厚度大于1 m深度以上，最有可能的為非圓弧滑面，如圖6所示。

（4） 泥石流堆積體邊坡發(fā)生的機(jī)理不能完全歸之于滑動(dòng)面上土體抗剪強(qiáng)度原理，土力學(xué)中的條分法不能完全解釋破壞的機(jī)制。

（5） 推測(cè)表層土體主要是水力滲透力引起單個(gè)顆?；驁F(tuán)塊發(fā)生移動(dòng)，然后相互影響到一定深度，形成相對(duì)穩(wěn)定的厚度的土體發(fā)生破壞。

由上述可知，處于弱固結(jié)狀態(tài)泥石流堆積土邊坡失穩(wěn)的機(jī)制可能是：當(dāng)發(fā)生短歷時(shí)雨，泥石流堆積土地表形成超滲產(chǎn)流。上層松散泥石流堆積土的滲透系數(shù)較大，坡頂與坡腳高差形成較大的水力梯度，滲透力推動(dòng)細(xì)顆粒向深度運(yùn)移。由于不同場(chǎng)次泥石流堆積后的“水流粗化”的結(jié)果，在經(jīng)歷快速紊流滲透后，局部堵塞以至于形成相對(duì)不透水層，坡腳形成滲流出口，最先淺層土體發(fā)生重力剪切，相當(dāng)于處于不排水不固結(jié)條件下土體發(fā)生剪切破壞，礫石土在剪切中呈現(xiàn)體縮的趨勢(shì)，產(chǎn)生正值的孔隙水壓力，不斷增加直到穩(wěn)定值，相應(yīng)地，土中的有效應(yīng)力不斷減少，強(qiáng)度不斷降低，最后接近于0，以至于發(fā)生失穩(wěn)破壞，最后因?yàn)閯?dòng)力作用，連續(xù)牽連至下層含水量變化小的土層和溯源滑動(dòng)。

6 結(jié)論與討論

篇10

中圖分類(lèi)號(hào)：P334.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：16721683（2016）06000606

Rainfall runoff test on bare soil with different slope gradient and soil moisture content

MU Wenbin1，2，LI Yihao1，3，LI Chuanzhe1，LIU Jia1，CHENG Shuanghu4，ZHAO Nana5

（1.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，China Institute of Water Resources

and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.The Yellow River Institute of Science，North China University

of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China；3.School of Environmental Science and Engineering

Donghua University，Shanghai 200051，China；4.Hebei Survey Bureau of Hydrology and Water Resources，

Shijiazhuang 050031，China；5.Institute of Wetland Research，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China）

Abstract：Antecedent soil moisture content and slope gradient are significant influential factors for rainfallrunoff （RR） process.In order to study the RR mechanism of semiarid region in the North China，artificial RR simulation test was carried out in the condition of different slope gradient and antecedent soil moisture content.According to the results：（1） In the whole RR process，the overland flow increased with the increase of antecedent soil moisture and slope，and the relationship between cumulative runoff and rainfall duration complied with a linear function.（2） Soil infiltration rate and runoff lag time decreased with the increase of antecedent soil moisture content and slope，and the influence of antecedent soil moisture on soil infiltration rate and runoff lag time was more obvious than that of slope.（3）Horton model was better than Kostiakov and Philip model in fitting the relationship between rainfall and infiltration.

Key words：antecedent soil moisture content；slope gradient；rainfallrunoff；soil infiltration rate；bare soil

隨著人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化影響的加劇，各種氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生。作為我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)的華北地區(qū)，面臨著降水變率大、區(qū)域洪澇災(zāi)害頻發(fā)等嚴(yán)重問(wèn)題。因此，正確理解華北半干旱地區(qū)的降雨產(chǎn)流特性對(duì)準(zhǔn)確選擇或建立有效的水文模型至關(guān)重要 [12]。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者對(duì)降雨產(chǎn)流機(jī)理的研究主要集中在黃土高原地區(qū)，如王占禮等[3]采用人工模擬降雨試驗(yàn)法對(duì)黃土裸坡降雨產(chǎn)流過(guò)程進(jìn)行了研究；孔剛等[4]利用室內(nèi)人工降雨試驗(yàn)，研究了黃土坡耕地土壤初始含水率對(duì)坡面降雨入滲、產(chǎn)流、溶質(zhì)遷移規(guī)律的影響；陳洪松等[5]通過(guò)對(duì)黃土高原區(qū)坡面降雨入滲、產(chǎn)流的研究，表明產(chǎn)流時(shí)間主要取決于土壤初始含水量；王輝等[6]研究了黃土區(qū)前期土壤含水量對(duì)不同土壤坡面降雨入滲、產(chǎn)流和產(chǎn)沙特性的影響。然而針對(duì)華北半干旱區(qū)大田土壤的降水產(chǎn)流機(jī)理研究還相對(duì)較少，因此，本文基于華北半干旱區(qū)的土壤特性，以比重較大的砂壤土為研究對(duì)象，采用人工模擬降雨的方法，研究了降雨產(chǎn)流過(guò)程中坡度和前期土壤含水率對(duì)產(chǎn)流的響應(yīng)機(jī)理，從而為華北半干旱區(qū)降雨產(chǎn)流過(guò)程研究提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的土槽，長(zhǎng)×寬×高=200 cm×50 cm×60 cm，土槽坡度可在0～25°之間自由調(diào)整。土槽上端以及底部均布設(shè)有導(dǎo)流裝置，分別用以觀測(cè)地表徑流和壤中流。土槽頂端四周內(nèi)側(cè)安裝10 cm高的鐵片，防止雨滴濺蝕及表層水土的側(cè)向沖刷流失。同時(shí)，土槽前端出口的縱剖面用鐵質(zhì)的百葉窗封裝，并在百葉窗內(nèi)側(cè)鋪設(shè)一層紗網(wǎng)，防止降雨過(guò)程中土壤側(cè)漏（見(jiàn)圖1）。

降雨產(chǎn)流試驗(yàn)所用的土壤取自北京市大興區(qū)中國(guó)水利水電科學(xué)研究院試驗(yàn)基地，土壤質(zhì)地為砂壤土，并于2012年3月對(duì)試驗(yàn)土槽進(jìn)行填裝。裝土前篩去土壤中的雜物，經(jīng)10 mm的濾網(wǎng)過(guò)濾后風(fēng)干，每隔5 cm進(jìn)行分層裝土，土壤填充高度為50 cm，基本為同性、均質(zhì)的土壤[7]。本試驗(yàn)于2015年8月進(jìn)行，所用土槽中的土壤已經(jīng)沉積3年多的時(shí)間，其性狀與大田土壤特性相似，基本參數(shù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)中采用的美國(guó)Decagon公司生產(chǎn)的電容式土壤水分傳感器EC5，通過(guò)測(cè)量土壤中的介電常數(shù)來(lái)計(jì)算土壤體積含水率，測(cè)量精度可達(dá)到±1%～2%[1，7]。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)采用EM50數(shù)據(jù)采集器（采集時(shí)間間隔的可調(diào)整范圍為1～1 440 min）進(jìn)行采集。

1.2 試驗(yàn)方法

降雨產(chǎn)流試驗(yàn)于中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所的人工模擬降雨大廳進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)定三種不同坡度（5°、10°和15°），每種坡度分別在前期土壤含水率為020、025和030時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，且每組均進(jìn)行一組重復(fù)試驗(yàn)，降雨歷時(shí)均為120 min。相關(guān)研究指出[812]，雨強(qiáng)較大時(shí)，前期土壤含水率對(duì)產(chǎn)流的影響不明顯，故本試驗(yàn)采用較小的雨強(qiáng)進(jìn)行試驗(yàn)，標(biāo)定雨強(qiáng)為25 mm/h。各場(chǎng)次降雨的具體雨強(qiáng)和前期土壤含水率見(jiàn)表2。

試驗(yàn)采用人工計(jì)量的方式對(duì)降雨過(guò)程中的地表徑流進(jìn)行觀測(cè)，在產(chǎn)流過(guò)程中每隔3 min采集一次徑流樣，降雨停止后的退水過(guò)程每隔1 min采集一次。降雨過(guò)程中土壤含水率的變化使用EM50數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集，采集時(shí)間間隔為1 min。

2 結(jié)果分析

2.1 前期土壤含水率和坡度對(duì)產(chǎn)流量的影響

前期土壤含水率相同、不同坡度條件下的降雨產(chǎn)流過(guò)程見(jiàn)圖2。由該圖可知：當(dāng)前期土壤含水率相同時(shí)，產(chǎn)流量隨坡度的增加而增大，這與王占禮等[3]的研究結(jié)果相一致。當(dāng)前期土壤含水率θ=020時(shí)，三種坡度的產(chǎn)流量均未達(dá)到穩(wěn)定，且坡度從5°增加到15°時(shí)，產(chǎn)流量增加了144%；在θ=025和θ=030的條件下，則均在產(chǎn)流后30 min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)流，且坡度每增加5°，穩(wěn)定產(chǎn)流量約增加10%。然而，在前期土壤含水率為025時(shí)，坡度為15°的產(chǎn)流量卻小于坡度為10°和5°的產(chǎn)流量，原因是坡度為15°的土槽由于人為因素造成土壤表面出現(xiàn)裂縫，使得坡度為15°的土槽降雨產(chǎn)流過(guò)程受到了影響。

坡度相同、不同前期土壤含水率條件下的降雨產(chǎn)流過(guò)程見(jiàn)圖3。由該圖可知：坡度相同時(shí)，前期土壤含水率越高，產(chǎn)流量越大。這是由于隨著土壤含水率的增高，土壤入滲能力不斷降低，進(jìn)而使產(chǎn)流量不斷增大；在相同坡度下，不同前期土壤含水率下產(chǎn)流量的增加速率差異較大，前期土壤含水率θ=020時(shí)，產(chǎn)流后徑流量增加緩慢且降雨過(guò)程中未達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)流。而θ=025和θ=030時(shí)，產(chǎn)流后徑流量迅速增加至穩(wěn)定狀態(tài)；相同坡度下，前期土壤含水率從025增加至030，穩(wěn)定產(chǎn)流量約增加10%。

不同坡度和前期土壤含水率的降雨產(chǎn)流試驗(yàn)，在起始產(chǎn)流至產(chǎn)流剛達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)段內(nèi)，單位時(shí)間產(chǎn)流量與產(chǎn)流歷時(shí)呈現(xiàn)對(duì)數(shù)函數(shù)y=aln（x）+b關(guān)系（見(jiàn)表3）。

2.2 不同坡度/前期土壤含水率對(duì)累積徑流

量的影響分析 對(duì)不同坡度和前期土壤含水率的累積徑流量進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)：在產(chǎn)流過(guò)程中累積徑流量幾乎均呈線性變化趨勢(shì)，其確定性系數(shù)均在09以上（見(jiàn)表4），且均通過(guò)顯著水平α=001的方差分析和檢驗(yàn)。表4中參數(shù)a和b分別表示擬合曲線的斜率和截距。通過(guò)對(duì)比不同條件下斜率a可發(fā)現(xiàn)：累積徑流量的變化速率整體上隨前期土壤含水率和坡度的增加而增大。然而，在前期土壤含水率為025時(shí)，坡度為15°的斜率值明顯小于5°和10°，其原因是由于土壤表面出現(xiàn)裂縫，使得在降雨過(guò)程中土壤入滲總量變大，導(dǎo)致累積徑流量增加緩慢。

2.3 不同坡度/前期土壤含水率對(duì)產(chǎn)流滯時(shí)

的影響分析

坡度和前期土壤含水率是影響產(chǎn)流滯時(shí)的兩個(gè)重要因素[1316]。不同坡度和前期土壤含水率對(duì)產(chǎn)流滯時(shí)的影響見(jiàn)圖4。試驗(yàn)結(jié)果表明：相同坡度下，前期土壤含水率越高，產(chǎn)流滯時(shí)越短。在前期土壤含水率θ=020時(shí)，三種坡度的產(chǎn)流滯時(shí)均在70 min以上，而在θ=025和θ=030時(shí)，均在35 min以?xún)?nèi)產(chǎn)流。對(duì)比不同坡度與前期土壤含水率下的產(chǎn)流滯時(shí)可以發(fā)現(xiàn)：前期土壤含水率對(duì)產(chǎn)流滯時(shí)的影響較坡度更加明顯，這與陳洪松等[5]的研究結(jié)果相一致。

2.4 不同坡度和前期土壤含水率對(duì)土壤入

滲率的影響

土壤入滲率是描述降雨條件下坡地水文過(guò)程的一個(gè)重要指標(biāo)，其變化可影響徑流的形成過(guò)程[1721]。為研究降雨過(guò)程中土壤入滲率的變化特征，本文采用水量平衡的方法，對(duì)不同坡度和前期土壤含水率下的土壤入滲率進(jìn)行計(jì)算。不同坡度和前期土壤含水率條件下土壤入滲率曲線見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，降雨開(kāi)始后，土壤含水率隨著降雨歷時(shí)的增加而增大，然而，由于降雨強(qiáng)度小于土壤入滲率，致使降雨全部入滲，無(wú)地表徑流產(chǎn)生，因此入滲曲線在地表徑流產(chǎn)生前是一條直線；當(dāng)土壤入滲率小于降雨強(qiáng)度時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生地表徑流；當(dāng)土壤含水率達(dá)到田間持水量時(shí)，此時(shí)土壤入滲率趨于穩(wěn)定。同時(shí)，在相同坡度下，前期土壤含水率越大，土壤入滲率曲線越陡、下降速率越快。

采用傳統(tǒng)的降雨入滲模型Kostiakov模型[22]、Horton 模型[23]以及Philip 模型[24]對(duì)不同坡度和前期土壤含水率下的降雨入滲關(guān)系進(jìn)行回歸分析（見(jiàn)表5）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同降雨條件下，Horton 入滲模型擬合結(jié)果較好，而Kostiakov 模型和Philip 模型的計(jì)算結(jié)果精度相對(duì)較低。從而說(shuō)明，對(duì)于試驗(yàn)區(qū)域的砂壤土而言，Horton入滲模型用以估算土壤入滲率以及入滲量具有較好的適應(yīng)性，該結(jié)論與相關(guān)學(xué)者[1，2，7]的研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本文采用人工模擬降雨的方法對(duì)華北半干旱區(qū)裸地不同坡度和前期土壤含水率條件下的降雨產(chǎn)流過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果如下。

（1）徑流量隨坡度/前期土壤含水率的增加而增大，在起始產(chǎn)流至產(chǎn)流剛達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)段內(nèi)，產(chǎn)流量與產(chǎn)流歷時(shí)呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系；產(chǎn)流過(guò)程中，累積徑流量與降雨歷時(shí)呈現(xiàn)線性關(guān)系。

（2）在降雨產(chǎn)流過(guò)程中，坡度和前期土壤含水率越大，產(chǎn)流滯時(shí)越短，且前期土壤含水率對(duì)產(chǎn)流滯時(shí)的影響較坡度更加明顯。

（3）土壤入滲率隨產(chǎn)流歷時(shí)的增加而不斷減小。在相同坡度下，土壤入滲率的變化趨勢(shì)受前期土壤含水率的影響較大，其變化速率隨前期土壤含水率的增加而增大；同時(shí)，與前期土壤含水率相比，坡度對(duì)土壤入滲率的影響程度則相對(duì)較低。

（4）采用Kostiakov模型、Horton 模型以及Philip 模型對(duì)不同坡度和前期土壤含水率下的降雨入滲關(guān)系進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，Horton 模型的模擬結(jié)果優(yōu)于其它兩種模型。

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