利用重复排水-吸湿试验提高非饱和水力学参数估计的代表性

《Scientific Reports》：Improving the representativeness of unsaturated hydraulic parameter estimation using repeated drainage–imbibition tests

　　

摘要

包气带中的水分运动在地下水补给、污染物迁移、边坡稳定性及垃圾填埋场性能中起着关键作用。然而，非饱和水力特性的确定仍然具有挑战性，因为估算参数对实验条件、监测位置以及干湿历史高度敏感。本研究提出了一种实验和分析框架，旨在利用重复排水 - 吸水（RDI）测试和反演建模来提高非饱和水力参数估算的代表性。在一米长的土柱中填充均匀的粗砂和细砂，并在多个深度安装了体积含水率和基质势传感器。在受控边界条件下进行了重复排水 - 吸水循环，并使用反演建模分析收集的数据集，以估算土水特征曲线（SWCC）和水力传导率函数（HCF）参数。结果表明，水力响应随测量深度、排水 - 吸水阶段和重复循环显著变化。因此，从单次测试得出的水力参数存在显著差异，这表明单个实验或监测位置可能无法充分代表土壤的整体水力行为。通过整合重复循环的数据集，获得了更稳定且具有代表性的参数集。将滞后性纳入反演建模进一步提高了预测精度，特别是对于干湿效应更明显的细砂而言。相比之下，使用土壤传递函数估算的参数在动态条件下与实验观测值的吻合度相对有限。所提出的基于 RDI 的框架提供了一种稳健的方法，用于降低不确定性并在循环边界条件下推导具有代表性的非饱和水力特性。该方法在包气带特征化、地下水补给评估、填埋场覆盖层设计以及轻质非水相液体（L-NAPL）污染分析方面具有潜在应用。