裂隙砂土中优先流与孔隙填充的竞争-合作入渗模式研究

《Journal of Hydro-environment Research》：Improving PCR-GLOBWB 2 to model regional water stress dynamics under climate and socioeconomic change scenarios

本文通过物理模型试验系统研究了裂隙几何特征（长度、埋深、方位角θ）和入渗边界条件对砂土水分运移模式的影响。研究发现0.6–0.8 mm为触发大孔隙优先流（macropore flow）的临界粒径范围；提出重力修正方位角θ*来评估斜坡裂隙导水性，揭示了裂隙从导流到阻流的转变机制（θ≤30°导流，30°60°阻流），并修正了考虑裂隙的湿润锋深度计算公式，为裂隙化砂质边坡稳定性评估及农田灌溉提供了理论依据。

　　

Section snippets

Sandy soil materials

鉴于砂土的典型特征，本研究选择中国南方的风化花岗岩砂土作为试验材料。水平入渗边界试验和斜坡入渗边界试验分别采用标准砂和花岗岩残积砂土（GRS）。基本物理参数测试结果如表1和表2所示。

Physical model test system

本研究采用自主设计的模型试验系统（图3）研究入渗过程。丙烯酸模型箱...

Critical range of particle size for concurrent flow

很明显，总入渗时间T和均匀流深度U_nifr都随着粒径和粒径范围的增加而减小（图5）。仔细检查入渗痕迹发现，当粒径范围小于0.6–0.8 mm时，水通过砂质基质缓慢且均匀地迁移。没有明显的大孔隙优先流（macropore preferential flow），这归因于模拟降雨入渗强度低于饱和...

Water flooding pattern of fissure conductivity transition associated with pore filling

基于结果，结合图17a中大孔隙优先流的产生机制（Jarvis, 2007），提出了图17所示的裂隙砂土水分驱替模式。我们可以发现，当砂土中存在埋深d_h < 100 mm、长度l < 300 mm的短浅裂隙（案例B1, B2, C1, C2）时，其特征是裂隙全部或大部分位于基质上层，均匀流深度和入渗速度与无裂隙情况相当。

Conclusions

为阐明裂隙砂土入渗过程中由裂隙引发的导水性转变及其与孔隙填充相互作用的水分驱替模式，进行了物理模型试验，定量研究了不同几何形态和入渗边界下裂隙的导水性。获得以下结论：

1. 1.
   在水平入渗边界下，0.6 mm–0.8 mm是均匀流...