人工降雨的特征模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇人工降雨的特征，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

關鍵詞 人工液態水含量；人工影響天氣；應用

中圖分類號P4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2015）145-0057-01

人工降水是一項先進的科學技術，它主要是對需要進行降水地區的云層實施降水技術。在人工影響天氣作業中，云中液態水含量的相關數值很重要，它是決定是否能夠進行人工降雨的重要因素。近幾年，云中液態水含量在人工影響天氣中的應用是氣象研究者的研究熱點，在研究過程中，運用有效的探測方法來研究云中液態水含量，并對該技術在人工降雨中的推廣做出前景展望。下面我們就來具體分析一下。

1 云中液態水在人工影響天氣中的意義

云中液態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律是氣象研究者的研究重點。云中液態水的意義很深遠，它并不是獨立的個體，與其他水分子之間是相互作用的，并對全球氣候的變化產生有重要的影響。在氣象學與物理學研究過程中，云中液態水含量是比較重要的云物理參數，它是氣象研究者研究云物理過程的主要參考，也是氣象局進行人工降雨作業的重要指標。另外，云中液態水含量的高低可以直接影響人工降雨的效果，可見云中液態水在人工影響天氣中的重要作用。

人工影響天氣作業過程中，云中液態水含量包含過冷水含量，實際上過冷水含量在人工降雨過程中是很重要的參照指標，以我國北方進行人工降雨目標云系來說，主要將該云系分為三個層次，并且需要從上到下進行分層，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℃之間的區域。另外，冰晶的濃度相對較高，經過凝華后增長到最高點會自由下落，自由下落的過程中會播種目標云系中間層的冰晶，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，它是根據冰水的轉化進而形成的，也可以說它有“飼養”冰晶的作用。在目標云系的最底層，由于過冷水滴比較繁多，相對成熟的冰晶通過對過冷水滴的獲取逐漸開始變大，從而形成了雪花。目標云系中的水滴層，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融化成雨滴，雨滴在掉落過程中就會因相互摩擦而逐漸增大。通過以上的分析我們可以了解到，在目標云系中的中間層與最下層中，過冷水滴與云中液態水含量都與降水有著很密切的聯系。

2 云中液態水的探測方法

為了更好的觀測氣候變化與災害天氣的發生，氣象部門要有計劃地測量云中液態水，這對更好的掌握人工降雨的指標也具有重要意義。云和雨在氣象部門研究中變化指數都很大，并且具有一定的復雜性和多變性。所以，科研人員在進行云中液態水含量的探測過程中，難度也比較大。目前，我國氣象部門的探究重點就是要及時、準確的探測出云中液態水含量，這將是一個巨大挑戰。對于云中液態水含量的探測方法有很多種，運用比較多的探測方法為微波輻射計探測、衛星遙感探測、飛機探測與雷達探測。這四種探測方法各有利弊，在探測過程中要根據實際狀況選擇合適的探測方法才能夠取得理想效果。

近幾年，微波輻射計探測技術應用比較廣泛，相對其他探測技術也比較成熟，在云中液態水含量的探測過程中，由于所需的探測時間比較長，所以需要探測技術具有很好的連續性。但是微波輻射計探測技術的缺點是獲取的信息具有局限性，并不能全面、系統的探測出想要得到的相關數據。如果運用微型遙感探測技術來探測云中液態水含量，可以獲取比較廣泛的探測信息，而它的缺點則是會因為時間與空間影響分辨率，人工發出的作業要求不能及時回應，從而會延誤工作進度。目前，只有飛機探測才可以直接探測到云中液態水含量，由于條件有限，我國的增雨飛機只有增雨一個用途，并不能做云中飛行探測工作。同時，在降雨過程中飛機并不能探測到整個降雨過程，針對云中水含量中的數據也無法進行探測，因此，如果氣象局在人工降雨中有實時探測的需求，飛機探測是做不到的。

在對云中液態水含量進行探測過程中，只有雷達最能滿足探測的需求，它不僅可以保證空間探測的連續性，還可以在所有空間范圍內進行探測，在人工影響天氣作業中雷達探測技術可以發揮出它的全部優勢。近幾年，雷達產品與探測技術相繼被提出，在人工影響天氣中被廣泛應用，它可以準確的獲取云中液態水含量，還可以實時的了解水含量在云中的分布狀況，對人工降雨來說是一項重要的指標。根據研究表明，雷達技術可以從不同高度、不同角度探測出云中液態水含量，可以給人工降雨的區域實時的提供有效的數據，從而推動我國人工影響天氣技術的不斷發展。

1998年，我國新一代天氣雷達網出現，它對于人工影響天氣的作業有至關重要的作用。在垂直積分液態水含量被提出后，它可以直接的反映空中水資源的分布狀態，因此為人工降雨工作帶來重要的參考數據，從而也在人工影響天氣作業中被廣泛應用。經過反復的研究試驗，可以了解到，雖然垂直積分液態水含量在目前被廣泛的運用，但是它也有不足之處，它不能準確的分辨清楚云中降水粒子的性質，在整個云層中，垂直積分液態水含量主要是根據不同雨滴建立的雷法反射率因子和液態水含量獲得的，根據云層的變化和降水粒子的不同，雷達所反射出來的因子和云中液態水含量中有不一樣的關系，因此，垂直積分液態水含量在計算過程中就會存在一定誤差。

3 云中液態水含量探測技術在人工影響天氣中的應用前景

隨著我國經濟的發展，科學技術的水平也在不斷進步，在氣象研究中，雷達技術以及其他探測氣象技術設備在不斷的更新與完善，此后將利用高新技術精準的探測云中液態水含量。隨著探測技術的不斷完善，探測技術的準確度與連續性也相繼提高，給人工影響天氣的作業帶來一定的參考價值。在目前來看，云中液態水含量的探測技術還存在許多問題，需要將不同的探測設備相互結合，彌補技術中的不足，這個問題也是未來氣象研究員需要研究的重點。

4 結論

本文通過對云中水含量在人工影響天氣中應用的分析可以了解到，氣象部門要想更好的掌握人工影響天氣的重要指標，就必須準確的探測出云中液態的水含量。除此之外，氣象研究人員還需要利用相應的云中液態水探測技術，來準確的獲取云中液態水含量。云中液態水含量的數據在人工影響天氣作業中及其重要，因此要具有準確性。在未來的人工影響天氣工作中，氣象研究員要完善并運用云中探測高新技術，精確的探測出云中液態水含量，從而會在一定程度上提升氣象部門人工降雨的效果，也可以大大滿足人們對降雨的需求。

參考文獻

篇2

中圖分類號：U448.27 文獻標識碼：A文章編號：

1.引言

斜拉橋是一種由三種基本承載構件，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構體系，以其結構受力性能好、跨越能力強、結構造型多姿多彩、抗震能力強及施工方法成熟等特點，而成為現代橋梁工程中發展最快、最具有競爭力的橋型之一，在橋梁工程中得到了越來越多的應用。

由于斜拉索質量、剛度和阻尼都很小，隨著斜拉橋跨度的增大，拉索振動問題的影響日益顯著。在各種振動情況中，風雨激振是拉索風致振動中最強烈的一種，且風雨激振的起振條件容易滿足，振幅極大，對橋梁的危害最為嚴重，因而關于斜拉橋拉索風雨激振的研究得到了國內外學者的廣泛重視。

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

2.研究現狀

2.1.現場實測

現場觀測是最早用于研究風雨激振的手段。它可以獲得拉索風雨激振最準確的特征，為驗證風洞試驗和理論分析研究結果的真實性、可靠性提供寶貴的資料。

Hikami等[1]對日本名港西(MeikoNishi)大橋的實測。20世紀80年代，在日本建造名港西大橋的過程中，發現了比較嚴重的風雨激振現象，Hikami等選取了其中24根索進行實測，對該橋進行了為期5個月的現場實測，實測內容包括索面的拉索振幅。

Main和Jone[3]對美國Fred Hartman橋的斜拉索風雨激振記錄。進行了16個月的現場監測，分析了記錄的5000組5分鐘時程的斜拉索加速度和氣象資料。

陳政清[4]等對洞庭湖大橋的實測。自2001年1月至2004年4月，陳政清在國家自然科學基金資助下，與香港理工大學合作，在岳陽洞庭湖大橋上進行了連續4年的風雨激振觀測研究。

通過研究國內外專家對風雨激振現場觀測的結果，得出了一些結論：(1) 與拉索振動形態的關系。進入穩定的大幅振動后，其波形猶如甩鞭狀，拉索表面會形成振蕩的水線，表現為低階振型。(2) 與環境參數的關系。風雨激振存在起振振動，只在一定風速范圍內發生；在無雨情況下，很少觀測到風雨激振，而且雨量為小到中雨情況觀測到風雨激振次數最多。(3) 與拉索本身參數的關系。風雨激振的振幅大小與拉索的表面材料、長度、風偏角和傾斜方向等參數有關。

2.2.風洞試驗

按照水線的模擬方法，研究風雨激振的風洞試驗可分為兩種類型：人工降雨試驗和人工水線試驗。

1. 人工降雨試驗

人工降雨試驗是在風洞內通過人工模擬降雨，提供與實際拉索發生風雨激振相類似的風雨條件，對通過彈簧懸掛在固定支架上的拉索節段模型進行的一種試驗形式。

2. 人工水線試驗

人工水線試驗是在風洞內對帶有人工水線的拉索節段模型進行的一種試驗形式。根據人工水線與拉索的連接形式和試驗的測量內容的不同，人工水線試驗可分為：固定人工水線測振試驗、固定人工水線測力試驗、固定人工水線測壓試驗和運動人工水線測振試驗。

2.3.理論分析

目前關于斜拉索的風雨激振問題形成機理大致可分為如下幾類觀點：

1. 馳振機理

日本的Hikami與Shiraishi[1]1985年在Meiko.Nishi橋最先觀測到風雨激振現象。隨后他們通過一系列的人工降雨風洞實驗再現了這一現象。他們在實驗的基礎上初步分析了風雨振的發生機理，認為風雨激振可能有兩種機理：一種是Den Hartog馳振機理；另一種是彎扭兩個自由度馳振機理。

2. 上水線振蕩誘發機理

H.Yamaguchi[6]認為單自由度Den Hartog馳振理論不能解釋風雨振的形成機理水線是風雨激振不可缺少的條件，當水線的振蕩頻率接近于拉索的自振頻率時，水線與拉索之間的相互作用導致斜拉索產生負阻尼，引發斜拉索發生大幅振動。Peil, U.& Nahrath, N[8]認為上水線的運動是導致風雨振的主要原因。Seidel等[9]指出當風速大于某個限制，流動不存在轉變，這時不會發生風雨激振；發生風雨激振的速度下限是由風偏角和拉索傾斜角決定的。

3. 上水線特定位置致振機理

顧明和杜曉慶[10]建立了三維拉索風雨激振的準二自由度運動方程，氣動力系數根據帶人工水線三維拉索模型試驗得到，分析了水線平衡位置和水線振幅的取值，采用數值求解方法計算了拉索風雨激振振幅，得出了水線特定位置是引起索結構大幅振動的主要因素的結論。

4. 渦激振動機理

Delong Zuo[11]揭示了風雨激振與高風速下干索渦激振動之間的聯系，認為風雨激振的內在機理與渦激振動的相同，與降水無關。由于風偏角和拉索傾角的存在使得這種渦激振動不同于經典卡門渦脫，是一種三維渦激振動。

2.4.CFD數值模擬

風工程的研究方法中數值模擬是最近30年在前三種方法的基礎上逐步發展起來的，下面的介紹為CFD技術在拉索風雨激振方面的相關研究。

陳文禮和李惠[13]提出物理試驗與CFD數值模擬的混合子結構方法，通過與圓柱渦激振動的流固耦合方法結果進行比較，分析了上水線對繞流場特性的影響，然后采用有限元程序ANSYS和計算流體動力學程序CFX對考慮風速剖面的CFRP斜拉索渦激振動進行流固耦合方法的CFD數值模擬。

3.結語與展望

本文參考國內外文獻，對斜拉橋拉索風雨激振問題進行了系統總結, 并對今后的研究提出展望。總結如下:

在現場觀測和風洞試驗方面，未來的研究應更加關注水線的形成及其在風雨激振中的作用，精確測量不同拉索運動狀態下的水線形狀和位置，為理論分析和數值模擬提供基礎。

在理論分析方面，雖然國內外很多學者和專家提出了各種理論模型和數值解析方法分析風雨激振發生機理，但是迄今為止還是沒有一種大家公認的對斜拉索風雨激振的發生機理能夠完全解釋清楚的模型，今后的研究應側重于風雨激振的軸向流、風場與水線間的氣液兩相耦合現象以及風場、水線與拉索間的氣液固三相耦合現象的研究，對風雨激振機理進行更加深入和精細化的研究。

參考文獻

[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，羅國強. 斜拉橋拉索的風（雨）激振及控制 [J]. 上海力學, 1998, 12: 281~288.

[3] 陳文禮. 斜拉索風雨激振的試驗研究與數值模擬[D]. 黑龍江：哈爾濱工業大學，2009.

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

篇3

中圖分類號：S127 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）22-0018-03

1 一維垂直入滲模型

2 模型驗證

2.1 試驗設計

為了驗證本文數值模擬結果，在直徑為15cm的有機玻璃柱進行人工降雨條件下土壤垂直入滲試驗。供實驗土壤采自三峽大學北校門的某工地的粉質粘土，將其風干過5mm的篩后按不同的初始含水量配置，靜置24小時時期水分均勻，按照設計容重每層10cm裝入到玻璃柱。以降雨強度、初始含水量和干密度3個因素，每個因素設計2組實驗，來對模型模擬的結果進行驗證，見表1。

2.2 試驗土壤的物理性質

實驗所用的土樣來自三峽大學某建筑工地。根據土工試驗規程（SL237-1999）中土的分類標準可知實驗所用土樣屬于粉質粘土。土樣的基本物理性質見表2所示。

不同干密度下的土壤水分特征曲線通過顆分試驗和Arya-Paris模型，計算出土壤顆粒每一級的含水量和基質勢，再擬合得到VG模型的參數，見表3。

3 室內實驗與數值模擬比較

為了驗證模型的可靠性，將matlab軟件編程求解的不同試驗處理的一維降雨垂直入滲過程與試驗結果進行了對比驗證。

3.1 不同雨強下的室內實驗與數值模擬比較

3.2 不同初始含水量下的室內實驗與數值模擬比較

3.3 不同干密度下的室內實驗與數值模擬比較

4 結語

本文主要研究了降雨強度、土壤的初始含水量和干密度分別對非飽和土壤一維水分運動影響規律，采用了數值模擬和實驗的方法進行了研究，本文得到以下結論：

（1）雨強較大的數值模擬結果要優于雨強小的結果，本文的降雨入滲模型更適用于雨強較大的情形。

（2）當降雨強度一定時，土壤的初始含水量越大，土壤的剖面含水量變化越快。也進一步說明了土壤的初始含水量會對下滲有一定的影響作用。但是土柱上表面達到飽和時刻與初始含水量無關。

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

參考文獻

[1] BUCHTER B，DAVIDOFF B， AMACHER MC，et al.Correlation of Freundlich Kd and n retention parameters with soils and elements[J].Soil Science， 1989， 148（5）：370-379.

[2] VAN GENUCHTEN M TH.A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils[J]. Soil Science Society of America Journal，1980， 44（5）：892-898.

[3] MUALEM YECHEZKEL.Hydraulic conductivity of unsaturated porous media：generalized macroscopic approach[J]. Water resources research， 1978，14（2）：325-334.

[4] 侯春霞， 胡海英，魏朝富，等.土壤溶質運移研究動態及展望[J].土壤通報，2003，34（6）：70-73.

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

中圖分類號：U448.27文獻標識碼：A 文章編號：

1.引言

斜拉橋是一種由三種基本承載構件，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構體系，以其結構受力性能好、跨越能力強、結構造型多姿多彩、抗震能力強及施工方法成熟等特點，而成為現代橋梁工程中發展最快、最具有競爭力的橋型之一，在橋梁工程中得到了越來越多的應用。進入二十世紀90年代以來，隨著計算機性能的提高、正交異性橋面板制造工藝的成熟以及施工技術的進步，斜拉橋在世界范圍內得到廣泛應用，其跨徑已經進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，作為斜拉橋建設史上里程碑的日本的多多羅大橋（主跨890米）和法國的諾曼底大橋（主跨856米）首次使斜拉橋進入特大跨度橋梁領域。我國斜拉橋建設起步較晚，但發展迅速，自1977年建成重慶云陽橋（主跨76米）以來，目前已建成各類斜拉橋200余座，包括上海楊浦大橋（主跨602米）、南京長江二橋（主跨628米）、南京長江三橋（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，蘇通長江大橋（主跨1088米）正式通車，成為當今世界跨徑最大斜拉橋，使斜拉橋跨度突破千米大關。

由于斜拉索質量、剛度和阻尼都很小，隨著斜拉橋跨度的增大，拉索振動問題的影響日益顯著。在各種振動情況中，風雨激振是拉索風致振動中最強烈的一種，且風雨激振的起振條件容易滿足，振幅極大，對橋梁的危害最為嚴重，因而關于斜拉橋拉索風雨激振的研究得到了國內外學者的廣泛重視。

風雨激振是指干燥氣候下氣動穩定的圓形截面的拉索，在風雨共同作用下，由于水線的出現，改變了拉索的截面形狀，使其在氣流中失去穩定性，由此發生的一種大幅振動。1984年日本學者Hikami和Shiraishi首次在Meikonishi橋上詳細觀察到了拉索的風雨激振現象，直徑140mm的斜拉索在14m/s風速下振幅值達到275mm。1995年，美國的Fred Hartman橋由于斜拉索的風雨振動導致斜拉索的根部索套開裂。中國的楊浦大橋尾索在風雨共同作用下曾發生強烈振動其最大振幅超過1米，在1994年和1995年曾三次因拉索的振動而導致減振器脫落。洞庭湖大橋在2000年建成以來，發生多次較強烈的風雨激振現象。斜拉索發生大幅振動的危害是顯而易見的，會引起拉索的疲勞，在索錨接合處產生疲勞裂紋，破壞索的防腐系統。嚴重的甚至會引起拉索的失效，而任何一根拉索一旦喪失承載能力，都會引起斜拉橋整體內力的重新分布，導致斜拉橋的整體失穩和破壞，造成嚴重的安全事故和巨大的經濟損失。

2.研究現狀

2.1.現場實測

現場觀測是最早用于研究風雨激振的手段。它可以獲得拉索風雨激振最準確的特征，為驗證風洞試驗和理論分析研究結果的真實性、可靠性提供寶貴的資料。

日本學者Hikami等對日本名港西(MeikoNishi)大橋的實測。20世紀80年代，在日本建造名港西大橋的過程中，發現了比較嚴重的風雨激振現象，Hikami等選取了其中24根索進行實測，對該橋進行了為期5個月的現場實測，并總結出了拉索風雨激振的如下特征：拉索僅在下雨情況下才出現大的振幅；只有傾斜方向與風向同向的拉索才會發生風雨激振；拉索風雨激振發生在一定風速范圍內；拉索風雨激振的振動頻率遠小于渦激振動頻率，而振幅則遠大于拉索渦振的振幅；隨著拉索長度的增加，發生風雨激振的拉索振型從低階到高階變化。風雨激振發生時拉索振型一般為1-4階；拉索表面會形成水線，水線會隨著拉索的振動而振蕩。

Main和Jone對美國Fred Hartman橋的斜拉索風雨激振情況進行了現場監測。監測結果表明：大部分情況是處于無降雨狀態，斜拉索振動幅值較小；少部分是在中等降雨情況下，斜拉索可能發生風雨激振，風速范圍在4-14.5m/s之間；同時也得出一些與其他學者不一樣的特征，在大雨情況下，極少數風速樣本點（小于5m/s）伴隨較大的加速度響應，不僅風向與中等降雨情況發生很大改變，而且其風向離散性非常大，最大差異將近180°。

Zuo等進一步對Fred Hartman橋的其中一根斜拉索的風雨激振進行了現場監測。這根拉索直徑0.194m，長度197.9m，通過現場觀測得到斜拉索在2-6階模態都發生了風雨激振，其中2-4階模態的振動幅值最大，發生風雨激振的風速段主要集中在5-10m/s，同時也觀測到少量10-15m/s發生風雨激振的情況。將風速換成折算風速之后，認為風雨激振是發生在高折算風速的一種渦激振動。

陳政清等于2001年1月至2004年4月對岳陽洞庭湖大橋上進行了連續4年的風雨激振觀測研究。監測結果表明：拉索進入穩定的大幅振動后，其波形猶如甩鞭狀，可以認為至少在拉索中部一個相當大的范圍內每個拉索截面都有幾乎相等的振幅，拉索的這種振動形態很接近馳振的特征；降雨是拉索發生大幅風雨激振的必要條件，在無雨的條件下，即使是風速達到20m/s，洞庭湖大橋的拉索也幾乎不發生振動，但是風雨激振與降雨強度卻無明顯的相關性，當降雨幾乎停止時，由于拉索上源源不斷有雨水流下，拉索仍在大幅振動，即只要有上水線存在，風雨激振就不會停止；在有雨條件下，起振風速約在6m/s―8m/s之間，當風速超過14m/s時，就有較強烈的風雨激振現象，在14m/s―20m/s范圍內，振幅隨風速增加而增加；靠近橋塔的4#、5#索，其傾角已達70度，也會發生明顯的風雨激振。

通過研究國內外專家對風雨激振現場觀測的結果，得出了一些結論：(1) 與拉索振動形態的關系。進入穩定的大幅振動后，其波形猶如甩鞭狀，拉索表面會形成振蕩的水線，表現為低階振型。(2) 與環境參數的關系。風雨激振存在起振振動，只在一定風速范圍內發生；在無雨情況下，很少觀測到風雨激振，而且雨量為小到中雨情況觀測到風雨激振次數最多。(3) 與拉索本身參數的關系。風雨激振的振幅大小與拉索的表面材料、長度、風偏角和傾斜方向等參數有關。

2.2.風洞試驗

按照水線的模擬方法，研究風雨激振的風洞試驗可分為兩種類型：人工降雨試驗和人工水線試驗。

1. 人工降雨試驗

人工降雨試驗是在風洞內通過人工模擬降雨，提供與實際拉索發生風雨激振相類似的風雨條件，對通過彈簧懸掛在固定支架上的拉索節段模型進行的一種試驗形式。

Hikami與Shiraish在日本名港西大橋發現風雨激振現象后，隨即在風洞試驗中重現了該現象，并在試驗的基礎上初步分析了拉索風雨激振的發生機理，認為拉索風雨激振有兩種可能機理：一種是鄧哈托馳振機理；另一種是類似裹冰輸電線的彎扭兩自由度馳振機理。

Matsumoto等也進行了一系列的人工降雨試驗，研究了具有一定風向角和傾角的圓柱體在有雨和無雨情況下的氣動特性，試圖解釋拉索風雨激振的機理。

M.Gu等在同濟大學TJ-1風洞實驗室成功地重現了拉索的風雨激振現象，這在國內尚屬首次。通過試驗研究了來流風速、拉索傾角和風向角、拉索振動頻率、結構阻尼等對風雨激振的影響及拉索空間姿態對上水線位置的影響，測量了拉索風雨激振時的氣動阻尼；另外對螺旋線控制拉索風雨激振的有效性進行了試驗研究。

2. 人工水線試驗

人工水線試驗是在風洞內對帶有人工水線的拉索節段模型進行的一種試驗形式。根據人工水線與拉索的連接形式和試驗的測量內容的不同，人工水線試驗可分為：固定人工水線測振試驗、固定人工水線測力試驗、固定人工水線測壓試驗和運動人工水線測振試驗。

固定人工水線試驗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對拉索風雨激振的影響。可通過測力或表面測壓得到帶人工水線拉索的氣動力與水線位置的相互關系，為進一步的理論分析提供試驗依據。運動人工水線測振試驗可模擬水線在拉索表面的運動，更真實地模擬實際拉索發生風雨激振時的運動現象，用于研究拉索振動和水線運動之間的耦合關系。

Yamaguchi對帶有小圓柱體的大八面體柱體節段進行了一系列測力試驗，試驗得到了在不同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)時圓柱體的三分力系數隨風的攻角的變化規律。雖然Yamaguchi的試驗模型與拉索發生風雨激振時的實際情況相差甚遠，但得到的結果卻使得進一步的理論分析成為了可能。

Matsumot對帶人工上水線的圓柱體進行了測振和測壓試驗。研究了紊流度、上水線位置、風速、風攻角等參數對帶人工上水線圓柱體的氣動性能的影響，并測得了強迫振動時帶人工水線拉索表面的壓力分布。Matsumoto認為紊流度的增加可減小發生拉索風雨激振的可能性；人工上水線在某些位置可劇烈地改變拉索的氣動性能。

同濟大學是國內外較早進行拉索人工水線試驗研究的科研機構之一。劉慈軍等通過一系列固定人工水線測振風洞試驗，研究了水線在拉索風雨激振中的作用，分析了風向角、拉索質量、拉索振動頻率、拉索結構阻尼及St數等參數對拉索風雨激振的影響。彭天波在風洞中采用測力天平測得了帶固定人工水線拉索節段模型在不同風攻角時的氣動力，進而得到了模型的升力阻力系數隨攻角變化的曲線，并對氣動力進行了譜分析。呂強設計了大小不同的兩種形狀的人工水線，通過測力天平得到固定人工水線拉索模型的氣動力隨上水線位置的變化曲線。黃麟在固定人工水線試驗的基礎上設計了運動人工水線的試驗裝置，研究了水線振動與拉索運動之間的耦合關系，分析了風速、水線平衡角和阻尼比等參數對拉索振動的影響，并在頻域上比較了固定水線模型與運動水線模型振動的區別。杜曉慶通過拉索表面測壓試驗，研究了水線位置、風向角、下水線、水線尺寸和風速等參數的影響，并且得到各種參數下上水線表面的風壓分布規律，通過表面壓力的積分得到了帶固定人工水線三維拉索的氣動力和水線上的氣動力。

哈爾濱工業大學的李惠，陳文禮研究了一套實時監測斜拉索風雨激振時其表面水線特征的超聲波測厚系統，進行斜拉索風雨激振風洞試驗，分析不同風速下斜拉索的上水線狀態，研究了上水線幾何特征與斜拉索風雨激振之間的關系，揭示斜拉索風雨激振與上水線振蕩頻率、振動幅值、平衡位置和相位之間的相關性。

通過分析不同研究者人工模擬降雨風洞試驗的成果，可以得到一些共同點：風雨激振風速一般為6-18m/s，雨量一般為小到中雨，通常發生風雨激振的斜拉索是沿風向向下的方向，拉索直徑一般為100-200mm，下水線對風雨激振的影響較小；斜拉索風雨激振主要發生在面內，也存在一個面外分量，風雨振動的頻率一般為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，上水線沿斜拉索模型環向振蕩，振蕩頻率等于模型的自振頻率。

拉索風雨激振現象機理非常復雜，受各種因素影響，例如：拉索傾角、來流風速、來流方向、來流紊流度、拉索的振動頻率、拉索阻尼、降雨量、拉索線質量等。現場實測雖然能獲得拉索風雨激振最真實的特征，但無法對各種影響因素進行參數分析。為系統研究風雨激振的機理，風洞試驗可以重現風雨激振的一些基本特征，還可研究振動控制措施的有效性。

2.3.理論分析

目前關于斜拉索的風雨激振問題形成機理大致可分為如下幾類觀點：

1. 馳振機理

日本的Hikami與Shiraishi1985年在Meiko.Nishi橋最先觀測到風雨激振現象。隨后他們通過一系列的人工降雨風洞實驗再現了這一現象。他們在實驗的基礎上初步分析了風雨振的發生機理，認為風雨激振可能有兩種機理：一種是Den Hartog馳振機理；另一種是彎扭兩個自由度馳振機理。

2. 上水線振蕩誘發機理

H.Yamaguchi在進行帶固定人工水線拉索三分力實驗基礎上，最早進行了理論分析，對于Hikami提出的兩個可能的機理，Yamaguchi采用準定常馳振方法進行分析，建立拉索和水線兩自由度運動方程。分析認為單自由度Den Hartog馳振理論不能解釋風雨振的形成機理水線是風雨激振不可缺少的條件，當水線的振蕩頻率接近于拉索的自振頻率時，水線與拉索之間的相互作用導致斜拉索產生負阻尼，引發斜拉索發生大幅振動，應該把風雨激振作為一個兩自由度馳振問題來研究，通過分析發現水線的形狀和位置的變化會改變拉索的氣動穩定性。

Xu&Wang,Wang&Xu在Yamaguchi的基礎上提出單自由度分析模型，將氣動力升力表示成拉索豎向運動速度、水線角度和角速度的函數，將拉索速度項移至方程左邊（氣動阻尼項），右邊則剩下水線的運動項，風雨激振變為在水線運動荷載下的受迫振動，但沒有考慮拉索運動對水線的振幅和頻率的影響。對于移動水線情況，由于水線與拉索以及來流之間的相互作用導致氣動阻尼發生交替的變化，從而引發風雨激振。Wilde&Witkowski在Xu&Wang單自由度模型中考慮了水線振蕩幅值隨風速的變化關系。

Peil, U.& Nahrath, N在Yamaguchi兩方程馳振模型的基礎上，建立一個三自由度模型，增加了斜拉索順風向振動進行分析，假設斜拉索受到的氣動力矩全部作用到水線上，并且通過實驗研究了索結構風雨激振，認為上水線的運動是導致風雨振的主要原因。

Seidel等將水線看作是移動干擾，考慮斜拉索表面存在兩條水線，建立了六個耦合方程組，分別表示斜拉索和兩條水線橫風向和順風向運動。由于水線的存在，圓柱表面被分成不同壓強區域（亞臨界和超臨界），通過積分得到氣動升阻力系數，氣動升阻力表示成水線角度的函數。Seidel等指出當風速大于某個限制，流動不存在轉變，這時不會發生風雨激振；發生風雨激振的速度下限是由風偏角和拉索傾斜角決定的。

3. 上水線特定位置致振機理

Masumoto對帶人工上水線的圓柱進行了測振和測壓實驗。研究了紊流度、上水線位置、風速、風攻角等參數對該模型的氣動性能的影響，并測得強迫振動時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性能。

Xu&Wang,Wang&Xu認為對于靜止水線情況，拉索大幅值振動的發生是由于水線處于某些特定位置使得拉索產生負的氣動阻尼造成的。

國內，顧明和杜曉慶建立了三維拉索風雨激振的準二自由度運動方程，氣動力系數根據帶人工水線三維拉索模型試驗得到，分析了水線平衡位置和水線振幅的取值，采用數值求解方法計算了拉索風雨激振振幅。顧明、黃麟、劉慈軍等通過人工水線風洞測振試驗研究，得出了水線特定位置是引起索結構大幅振動的主要因素的結論。

4. 渦激振動機理

Delong Zuo揭示了風雨激振與高風速下干索渦激振動之間的聯系，認為風雨激振的內在機理與渦激振動的相同，與降水無關。由于風偏角和拉索傾角的存在使得這種渦激振動不同于經典卡門渦脫，是一種三維渦激振動。

5. 軸向流與水線間的氣液耦合現象引發振動機理

Masumot提出了軸向流理論，認為拉索上部形成的水線和拉索背風面的軸向流是拉索結構發生振動不穩定的重要因素，軸向渦流與上水線的氣液耦合現象是拉索風雨激振的關鍵所在。

2.4.CFD數值模擬

風工程的研究方法主要有風洞試驗、現場測試、理論分析和數值模擬四種，其中數值模擬是最近30年在前三種方法的基礎上逐步發展起來的，下面的介紹為CFD技術在拉索風雨激振方面的相關研究。

高仕寧選取雷諾應力(RSM)模型，應用CFX軟件分別對位于拉管不同位置的水線和不同尺寸的水線的情況做數值模擬，得出拉管表面壓力分布、升力系數、阻力系數的變化規律，并與前人的試驗數據進行了對比。李壽英和顧明采用CFX軟件對帶固定人工水線斜拉索的繞流進行數值模擬，選取兩種人工水線，計算了傾角為30°、風攻角為35°時帶固定人工水線拉索的阻力系數、升力系數、表面平均壓力系數、固定人工水線上的氣動力等，并與試驗結果進行比較。Rocchi D和Zasso A 選取大渦模擬（LES）模型，使用FLUENT軟件，對固定水線位置的拉索進行了模擬，并得出一些有益的結論。陳文禮和李惠提出物理試驗與CFD數值模擬的混合子結構方法，通過與圓柱渦激振動的流固耦合方法結果進行比較，分析了上水線對繞流場特性的影響，然后采用有限元程序ANSYS和計算流體動力學程序CFX對考慮風速剖面的CFRP斜拉索渦激振動進行流固耦合方法的CFD數值模擬。

3.結語與展望

本文參考各類文獻，對斜拉橋拉索風雨激振問題進行了系統總結, 并對今后的設計研究提出展望。總結如下:

在現場觀測和風洞試驗方面，未來的研究應更加關注水線的形成及其在風雨激振中的作用，精確測量不同拉索運動狀態下的水線形狀和位置，為理論分析和數值模擬提供基礎。

在理論分析方面，雖然國內外很多學者和專家提出了各種理論模型和數值解析方法分析風雨激振發生機理，但是迄今為止還是沒有一種大家公認的對斜拉索風雨激振的發生機理能夠完全解釋清楚的模型，對設計工作也無決定性的指導意義，今后的研究應側重于風雨激振的軸向流、風場與水線間的氣液兩相耦合現象以及風場、水線與拉索間的氣液固三相耦合現象的研究，結合橋梁設計、監測對風雨激振機理進行更加深入和精細化的研究。

目前的CFD數值模擬中主要集中于繞流現象和渦激振動的研究，風雨激振的數值模擬主要針對固定水線位置的分析，以下問題有待進一步解決：(1) CFD中風雨（氣液）兩相流對水線形成過程的研究需要進一步探討；(2) CFD中風雨條件下與斜拉索的耦合振動（氣液固三相）問題需要進一步闡述；(3) 風雨激振的軸向流的數值模擬需要進一步實現；(4) CFD中考慮超長跨斜拉索下垂影響，在風速剖面作用下的風雨激振的現象需要進一步解釋。

參考文獻：

[1] 劉慈軍. 斜拉橋拉索風致振動研究[D]. 上海：同濟大學，1999.

[2] 陳文禮. 斜拉索風雨激振的試驗研究與數值模擬[D]. 黑龍江：哈爾濱工業大學，2009.

[3] 高仕寧. 拉管結構繞流的數值模擬及理論分析[D].大連：大連理工大學，2009.

篇5

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）30-7354-04

1 教育游戲的概念

在國外，教育游戲一詞最早出現在八十年代的美國，而在我國，教育游戲起步較晚，還屬于新生的事物，并且目前對教育游戲的認識仍然沒有一個統一的定義。但由于教育游戲給教育教學帶來了新的活力，越來越多的專家開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，對教育游戲的認識主要有一下的觀點：1）把教育游戲作為一款教學軟件；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習環境。

上述是各個學者對教育游戲的認識。而要想設計好一款教育游戲，游戲任務的設計是主要的部分，那么如何設計教育游戲的游戲任務？要設計一款好的教育游戲，就要從以學習者為中心，以教學目標位向導，結合學習內容設計出適合學習者特征并能激發學習者興趣的游戲任務上述是各個學者對教育游戲的認識。而要想設計好一款教育游戲，游戲任務的設計是主要的部分，那么如何設計教育游戲的游戲任務？要設計一款好的教育游戲，就要從以學習者為中心，以教學目標位向導，結合學習內容設計出適合學習者特征并能激發學習者興趣的游戲任務。

2 教育游戲的游戲任務設計要遵循的原則

一般游戲任務分三個過程：游戲者進入情境接受任務——努力探索完成任務并獲得獎勵——接受新的任務繼續體驗。而對于教育游戲來說，游戲任務是學習目標和學習內容的載體。因此我們在設計游戲任務時應在充分分析學習目標和學習內容基礎上，并結合前面構思的故事情境，設計游戲任務。個人認為，在設計游戲任務時應注意一下幾點：

1）要以現有的教學目標為依據，以學習內容為依托

教育游戲的設計要遵循教育性與游戲性平衡，游戲性是指一個游戲的設計首先應該有趣，否則便不能吸引玩家，同樣教育游戲的設計也首先必須有趣，只有這樣才能吸引學習者參與進來，否則和普通的教學軟件就沒什么區別。但教育游戲又不同于一般的電腦游戲，它主要是用來幫助學習者學習的，所以設計的游戲必須要遵循教育性原則。而我們在設計一款教育游戲的時候一定要把握要教育性與游戲性的平衡。

而要實現這種平衡的關鍵是思考如何把學習目標和游戲任務相結合，如何把學習內容很好地融入到游戲任務當中，讓學習者在完成游戲任務的同時也掌握了相應的學習內容，達到我們預先設計好的學習目標。因此在設計游戲的任務時首先要對學習目標和學習內容進行分析，爭取讓學習目標和學習內容無縫地融入到游戲任務當中。

2）以學習者的特征為基礎

教育游戲的一個最大優勢就是注重是學習者的主體性，即應以學習者為中心。因此游戲任務的設計要以學習者的特征為出發點，設計任務時不僅應考慮他們的心理特征、年齡特征、思維方式等，還應考慮他們目前的認知水平。沉浸理論認為：只有學習者目前的經驗水平和所要面對的挑戰任務相一致時，學習者才能達到最大程度的沉浸，學習者才能達到最深刻的體驗。如圖3-4所示。如果游戲的任務難度大于學習者目前的認知水平時，學習者就會在學習者感到焦慮、緊張，相反，如果游戲任務遠遠低于學習者的認知水平時，學習者就會由于長時間做太簡單沒刺激性的事而感到厭倦。

因此我們需要根據前面的學習者分析進行，設計出適合他們目前認知水平的游戲任務。我們在設計游戲任務時要根據“最近發展區理論”，設計出讓他們通過自己的努力和認真學習會達到的游戲任務。這樣才能讓學習者在游戲中獲得最好的體驗。

3）游戲任務的設計要有容易到難，讓學習者容易上手。

4）游戲任務要提供激勵機制，學習者每完成一定的任務，要獎勵他們一定的物品或獲得升級等，這樣才能激勵學習者繼續玩下去。這剛好符合學習動機理論。

3 案例《神探小西游唐記》游戲任務設計

本文設計的教育游戲《神探小西游唐記》是一款基于初中化學的教育游戲，該游戲主要是供初三學生在課下學習初中化學時用的，在游戲中玩家小西通過在不同的情境中完成不同的游戲任務學到相關的化學知識、并產生對化學的興趣。

3.1 游戲主題和故事劇情簡介

該游戲的的主題以科幻、穿越為主題，結合目前比較流行的偵探類電視劇《神探狄仁杰》。主要寫了中學生小西（被同學稱為神探）穿越到唐朝，沖破種種難關拯救被惡魔抓走的英雄任務狄仁杰的情景。

在該游戲中，根據學習內容與學習目標一共設置4個任務情景，每個任務情景設置一個或多個關卡，學習者每完成一個關卡，說明他們已經達到對相應知識點的掌握。為了鼓勵學生玩游戲的興趣，在該游戲中還設置了獎勵機制，每完成一定的任務，都會獲得一定的獎勵，期中包括物質獎勵與精神獎勵。精神獎勵如獲得升級、獲得榮譽稱號等，物質獎勵如獲得一定的物品、金錢等。

3.2 游戲任務的設計

該教育游戲的游戲總任務是沖破種種關卡、打敗魔獸救出狄仁杰。該游戲一共設計四個任務。每個任務都對應一定的知識點，對應一個教學目標。

在每個游戲任務中都根據學習內容與學習目標設置一定的關卡，學習者只有完成前一個場景的任務，獲得一定的等級后才可以進入下一個場景，否則的話游戲就不能進行下去，不過每個場景里面都會提供一定的幫助信息，比如有的是通過武術密集（知識寶典）獲得幫助，有的是通過詢問路人獲得幫助。學習者完成相應的學習任務時，就能獲得升級，當獲得一定的等級后，就能進入到下一個場景。在該游戲中，每個場景的游戲任務都與相應的學習內容或學習目標聯系在一起。

每個游戲任務對應的學習內容如表1：

以下是四個游戲任務設計：

1）任務1：地窖之妖

游戲任務：小西在該游戲中利用學所的知識破解地窖之妖之謎，為村民們排除了疑慮與擔心。

對應的學習內容為：二氧化碳的物理性質與化學性質。在該游戲中如果玩家破解了該謎語，就會升級并自動進入下一個場景。否則如果玩家破解不了的話就會彈出提示，提示玩家是否要看化學寶典，玩家通過學習化學寶典獲得相應的知識，學習完后回到場景中繼續執行任務。

游戲情節：當小西到達一個偏遠的山村的時候，看到那里的村民滿臉的驚慌，他就詢問到底是怎么回事。原來是這個村莊出現了妖怪。村莊里有一口干井，無論是人還是動物只要不小心掉下去就再也出不來了，這個井里住著妖怪。小西通過自己的分析加上游戲中的提示破解了這個謎語，原因是里面二氧化碳密度比空氣大，所以都沉到井的底部，這樣導致井底二氧化碳濃度過大，氧氣缺少，而二氧化碳又不支持呼吸，這樣就導致里面的人或動物因缺氧而窒息而死。（當然如果小西不知道原因的話或相應的知識沒掌握的話可以翻看該游戲提供的化學寶典，在下面的任務中都是這樣的，用戶可以通過學習化學寶典來完成獲得相應的知識，完成相應的游戲人任務。） 通過完成該游戲任務，小西不僅學到了二氧化碳的物理性質，而且還把所學的知識運用到生活當中，為人們排憂解難，更體會到學習的興趣。

2）任務2：人工降雨

游戲任務：為人們解決干旱之災，實施人工降雨。

對應的學習內容為：固體二氧化碳的也就是干冰的性質和作用。

游戲情節：在第2個情景中，小西處于一個干旱的地區，到處是饑餓的人們，小西經過了解才知道這個地方常年干旱，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，一個精靈出現了，她問了小西一些與人工降雨有關的問題，只要小西回答對這些問題，就可以人工降雨，幫助這些人們，同時能獲得升級。

通過該游戲任務的完成，玩家不僅掌握了固體二氧化碳的性質和作用，還在整個游戲的體驗中體會到學習的快樂。因為用所學的知識解決了實際生活中的問題，幫助了這里的人們，小西在整個游戲的體驗過程中獲得了自我價值的實現。

3） 任務3：火災之謎

游戲任務：小西斷案，破解了火災之謎的案件。

學習內容：掌握燃燒的三個條件

游戲情節：小西在該游戲場景中應用所學的知識破解了一場冤家錯案，通過該任務的完成，小西掌握了燃燒的三個條件。

4）任務4：食狗洞之謎

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

學習任務：這是對前面知識的鞏固與加深，通過該游戲任務情境的體驗，小西進一步了解了二氧化碳的物理性質與化學性質，同時掌握了鐘乳石、溶洞的形成原理與過程。

游戲情節：小西沖破種種關卡，終于到達了目的地，關押狄仁杰的山洞，在洞門口遇到了矮人鬼與半身獸在門口守門（這些都是為了增加游戲的興趣設置的），小西利用前面獲得的等級與武器戰勝了這些矮人鬼與半身獸，進入了山洞，可卻發現自己的小狗生命值越來越弱，自己卻安然無事，難受這個山洞中有傳說的食狗妖？小西仍然不相信有妖怪一說。通過分析，小西得知其中的原因還是二氧化碳在作怪。

學習者通過在該游戲任務情景的體驗，進一步了解了二氧化碳的物理性質與化學性質，并且了解了鐘乳石、溶洞的形成。

參考文獻：

[1] 尚俊杰，李芳樂，李浩文.“輕游戲”：教育游戲的希望和未來[J].電化教育研究，2005（1）.

[2] 李湘，袁志芬.體驗式學習的理論與實踐策略[J].現代中小學教育，2005（2）.

[3] 呂森林.教育游戲產業研究報告[J].中國遠程教育，2004（22）.

篇6

中圖分類號 S714.2 文獻標識碼 A 文章編號 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，是反映土壤涵養水源和抗侵蝕能力的重要指標[1-3]。土壤水分入滲的能力也對植被可利用的有效水與養分產生影響[4-5]。研究[6-7]發現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充完成水分入滲的過程。

目前喀斯特地區土壤水分研究大多都在植被覆蓋[5，8-9]、土地利用類型[6]、坡地地形等方面，而氣象因子對土壤水分的影響研究鮮見，而喀斯特地區土層薄、土壤侵蝕退化嚴重、地表漏水系數大，土層中的水分不受地下水分的影響[10]，降雨對土壤水分的作用更顯重要，特別是雨強與土壤水分的入滲或產流有著直接的關系，降雨情況對土壤侵蝕的發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水資源緊缺方面的可行性與有效性已經得到認可[12]，貴州喀斯特地區水熱條件良好，降雨充沛，但是降雨時空分布極不均勻，季節性干旱問題突出，夏季降水強度大，持續性長，水仍然是喀斯特地區植物生長的限制因子[13]，研究降雨強度對土壤的作用，將該地區降雨進行類別劃分，成為喀斯特地區在減少土壤侵蝕和降雨資源有效利用的關鍵點。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

1.1.1 土壤取樣及處理。土壤取樣點位于貴州省貴陽市花溪區石板鎮茨凹村，東經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濕潤氣候，具有明顯的高原氣候特點，冬春半干燥，夏季濕潤，冬暖夏涼，氣候宜人，年平均溫度14.9 ℃，空氣相對濕度平均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。

在采樣點挖土壤剖面，每10 cm為一層測定石灰土的物理性質。容重：環刀法。比重：比重計法。含水量：烘干重量法。毛管持水量：浸泡稱重。土壤吸濕水含量：標準方法。

1.1.2 土壤裝填。按實際測量的土壤各層緊實度分層裝填土壤在鐵箱中，模擬實際的土壤狀態，鐵箱尺寸1 m×1 m×1 m，其中一面開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 試驗方法

人工模擬降雨器參數：采用西安清遠測控技術有限公司生產的QYJY-501型便攜式全自動下噴式不銹鋼人工降雨設備，該設備由降雨器、雨量計、小泵及控制器四部分組成。降雨器高6.5 m，長6.5 m，降雨高度4 m，降雨面積20 m2，雨強變化范圍15～200 mm/h。

人工降雨方法模擬降雨設計梯度如表1所示，梯度設計根據貴州省1960―2005年降雨資料，選擇實際發生頻率最大的5個降雨強度。

1.3 數據采集及計算

土壤水分測定：每次降雨前測定試驗土壤的水分含量。降雨過程中觀察記錄產流時間、入滲時間。每次降雨后及時收集土槽所產徑流，用1 000 mL量筒測。降雨停止后每小時測量入滲量，持續監測5 h。

2 結果與分析

2.1 雨強對石灰土水分配的影響

“降雨-土壤吸收滲透-滲漏”過程可看作是一個小型水分平衡系統，降雨落在土壤上，首先入滲進土壤，若降雨強度大于土壤入滲能力降雨產生地表徑流；若降雨強度小于土壤入滲能力，入滲的水分在土壤非飽和帶中運動，土壤含水量增加，當土壤水分達到飽和狀態，水分穿過土體滲漏形成滲漏水，同時發生蓄滿產流現象。

2.1.1 雨強對降雨量的分布影響。由圖1可知，隨著雨強增大，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、累計滲漏量、土壤接納量。

雨強為20 mm/h時，降雨100%被土壤吸收，沒有水分滲漏也沒有產流，說明在較小的雨強下降雨資源可以充分補充土壤，不會對土壤產生侵蝕作用，雨水資源高效利用；當雨強為40 mm/h時，91.42%降雨補充土壤水分，8.58%降雨通過土體成為滲漏水，無產流，說明在此雨強下，降雨20 min的降雨量已經可以使土壤達到飽和水分狀態，并且水分通過土體補充土壤水分有多余的水分從土壤下界面滲漏；雨強為60 mm/h時，2.23%降雨量形成徑流，14.24%滲漏，83.53%被土壤吸收接納，說明此雨強是產生徑流的轉折雨強，60 mm/h雨強是喀斯特地區石灰土產流的最小雨強，大于此雨強的降雨都會產流對土壤產生一定的侵蝕作用，在實際生活中，當降雨達到60 mm/h時，應采取一定的措施盡可能避免降雨直接落于土壤表層，降低產流率，同時由圖觀之此時產生的徑流量與滲漏量和接納量相比較小，說明此雨強雖然是產生徑流的開始，但徑流量不是最主要的降雨量走向，此時的雨量還是能夠滿足土壤水分的補充，并使土壤水分飽和后產生滲漏，雨強60 mm/h的降雨對水土流失來說屬于預防階段；雨強為80 mm/h時，11.85%降雨量形成徑流，28.59%滲透，59.56%被土壤吸收接納，與前一個雨強梯度相比，產流量顯著增大，滲漏量也有所增加，土壤吸收接納量明顯降低，說明此雨強下降雨對土壤水分補充作用大幅度降低，侵蝕性作用增強；雨強為120 mm/h時，18.05%降雨量形成徑流，26.59%滲漏，55.35%被土壤吸收接納，對比上一梯度雨強可以發現，盡管降雨量隨著降雨強度的增大而增加，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，說明80 mm/h的雨強是降雨落于土壤上水分走向的節點，當降雨使土壤水分飽和后，土壤水與土體成為一個均勻的介質，再多的降雨對土壤水分沒有補充作用，反而隨著降雨強度的增加徑流量增大，對土壤表面的侵蝕力度也隨之增大，由此可以推斷此時的降雨屬于侵蝕性降雨，是引發喀斯特地區災害的源頭之一。

2.1.2 雨強與土壤水分產流量關系。徑流系數是指一次降雨過程中的總徑流量與總降雨量的比值[14]。由圖2可知，徑流系數變化隨降雨強度增加而增加。雨強為20、40 mm/h時，徑流系數均為0，說明在較小雨強下，不會引發產流，此刻的降雨能對土壤水分起積極補充作用；在降雨強度為60 mm/h時，徑流系數為0.02，說明60 mm/h雨強是喀斯特地區石灰土產流的重要分界點，小于該雨強不產流，大于則產流；降雨強度達到80 mm/h時，徑流系數增大到0.12，相較于60 mm/h的梯度對應的徑流系數擴大了5倍，徑流系數變化幅度很大說明雨強對產生徑流有重要直接的影響；雨強為120 mm/h時，對應的徑流系數是80 mm/h的1.5倍，說明徑流系數的變化在降雨強度60～80 mm/h的范圍內變化較大，大于80 mm/h后的雨強對產生徑流的影響程度有所降低。

由圖3可知，在雨強為20、40 mm/h情況下，徑流量為0，說明在小于40 mm/h雨強下，土壤水分對降雨有完全吸收的能力，降雨無產流對土壤無侵蝕作用，但隨著雨強增大，特別是到達60 mm/h時，徑流量顯著升高，徑流量是446 mL，雨強為80 mm/h時徑流量是3 162 mL，徑流量相比上一梯度增加了7倍，說明在此區間里，降雨強度對徑流量的發生影響十分巨大；當雨強是120 mm/h時，徑流量是7 220 mL，徑流量增加說明雨強對徑流量的影響呈正相關關系的。而從不同雨強間徑流量的差異來看，雨強為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，增長幅度變小，也可以說明徑流量隨降雨強度增加，但雨強對徑流量的影響程度呈拋物線的趨勢，先增加，在60～80 mm/h這個范圍內達到最大值，然后降低，因此可以定性的認為60～80 mm/h這個雨強下的降雨資源是利用率最低的降雨，可能是由于雨強增大對土壤表土的機械作用增強，加快表土結皮以至于徑流量迅速增加，但隨雨強繼續增大，表土結皮可能被破壞，使得徑流量增幅降低。

2.1.3 雨強與滲漏量的關系。由圖4可知，雨強對滲漏量有著顯著的影響，總的規律是滲漏量隨雨強增大而增大。雨強為20 mm/h時，滲漏量為0 mL，說明在較小的雨強下，土壤能夠充分吸收降雨并保持水分在土壤中，沒有水分滲漏；雨強為40 mm/h時，滲漏量為1 143.7 mL，說明該降雨強度下土壤水分入滲吸收過程較為完整，經歷滲潤、滲吸過程后土壤空隙水分從不飽和狀態逐漸發展為飽和狀態，進而發生滲漏，結合圖3中40 mm/h降雨徑流量為0 mL，說明在這個雨強下土壤水分滲透屬于未達產流且雨水能穩定入滲至滲漏，降雨強度小于土壤入滲速率；雨強為60 mm/L時，滲漏量為2 848.7 mL，與40 mm/h的雨強相比，滲漏量增加了2.5倍；滲漏量在雨強從40 mm/h增強到60 mm/h的過程中滲漏量顯著升高，雨強為80 mm/h時滲漏量為7 623.7 mL，滲漏量是60 mm/h雨強的2.7倍，滲漏量隨雨強增大而增大，但在增加幅度上僅略有增加；雨強為120 mm/h時滲漏量為10 637.7 mL，是雨強為80 mm/h時的1.4倍，在80～120 mm/h降雨強度的變化過程中，滲漏量增加幅度呈降低趨勢，雨強從40 mm/h增加至120 mm/h的過程中可以看到40～60 mm/h內滲漏量隨雨強增大迅速增加，在80 mm/h雨強時基本達到最大值，在80～120 mm/h增加過程中增幅降低，這個過程說明雨強增大對滲漏量增加影響是有限的，這也反映了雨強對土壤不同作用力下水分入滲率是不同的，雨強在一定范圍內對入滲率顯著影響，小于或超過此范圍，雨強不再是影響滲漏量的主要因素。

2.1.4 雨強與土壤接納量的關系。降雨落在土壤表面，入滲補充土壤水分且沒有滲漏出來的部分降雨量是土壤接納量。由圖5可知，土壤對降雨的接納量隨降雨強度的增加基本呈增加趨勢。雨強為20 mm/h時，接納量為6 300 mL，降雨完全被土壤吸收，補充土壤水分；雨強為40 mm/h時，接納量為12 186.3 mL，較20 mm/h雨強土壤接納量增加2.1倍；雨強為60 mm/h時，接納量為16 705.7 mL，較40 mm/h雨強土壤接納量增加1.3倍；雨強為80 mm/h時，接納量為15 884.7 mL，較60 mm/h雨強土壤接納量增加1.2倍；雨強為120 mm/h時，接納量為22 141.6 mL，較80 mm/h雨強土壤接納量增加1.6倍，可以看出在雨強小于40 mm/h的范圍內，土壤對降雨接納量的吸收是較為顯著的，雨強小，全部降雨可以充分完成入滲過程達到補充土壤水分的作用；當降雨強度增加至60 mm/h，土壤對水分的接納量也在增加，但增幅小于40 mm/h以內雨強變化；雨強增至80 mm/h時，土壤吸收量卻有一定的下降，可能由于雨強過大，雨水下落在土壤表層迅速形成地表擊實層[15]，在一定時間內減少了雨水向土壤內部入滲的量，導致產流量增加，土壤接納量減少；雨強為120 mm/h時，接納量增加，這說明在此雨強下，土壤表面易產生積水，具有一定的水勢加速土壤入滲速率，從而使得土壤水分接納量增加。

2.2 降雨對土壤水分變化的影響分析

在喀斯特地區有研究[16]發現土壤水分含量隨時間變化明顯，在夏季達峰值，然后呈下降趨勢，至冬季達最低值，隨后又逐漸增加，同時隨石漠化程度的加深，其土壤含水量變化幅度呈減少趨勢，這個變化與該地區降雨規律基本符合。

土壤水分垂直入滲的過程是一個時變過程[17]，并且通過降雨前期、中期、后期的不同層次的土壤水分動態變化的分析來實現。降雨對土壤水分入滲的過程影響可由土壤不同層次間的含水量變化表示。

2.2.1 土壤各層水分對降雨的響應變化。圖6是60 mm/h雨強、20 min歷時的降雨后，各層土壤水分含量在80 min內的變化規律，可知0～30 cm 3層土壤水分峰值出現在降雨20 min后，之后隨時間推移而降低至穩定，30～50 cm 2層土壤水分變化較小，緩慢增加，在降雨40 min后達到峰值才逐漸降低。土壤水分層次變化表示60 mm/h雨強下，降雨對厚度在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，說明降雨后表層的土壤水分變化較大，較為敏感，因此接下來的分析主要討論表層土壤水分對降雨強度變化的響應規律。

2.2.2 不同降雨強度下表層土壤含水率的變化。雨強不僅（下轉第202頁）

對雨水落在裸土表面的走向具有巨大影響，對土壤水分入滲過程也有顯著影響。試驗[18]表明雨強變化對黃土坡面降雨入滲及土壤水分再分布的微觀水分運動過程具有重要影響。

圖7是20 mm/h和60 mm/h雨強下，初始含水率一致的表層土壤水分的變化趨勢，土壤水分在一定時間內增加，但達到峰值后降低，成一個拋物線狀。由圖7可知，在初始含水率相同的狀態下，土壤水分變化達到峰值都在降雨后20 min，60 mm/h雨強下的土壤水分的增幅是1.7，高于20 mm/h雨強下土壤水分增幅1.1，降雨強度越大，土壤含水率變化越大。但是圖上顯示在降雨停止80 min后，不同降雨強度下土壤含水率穩定值幾乎一樣，說明降雨強度顯著影響土壤含水率變化，但不是土壤水分最終的穩定值的主要影響因素。60 mm/h雨強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生入滲過程，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過程，說明雨強增大，對土壤含水量的補充有著正面的影響意義。

3 結論

貴州喀斯特地區降雨落于石灰土表面后主要發生過程是入滲和徑流，徑流產生對土壤有侵蝕作用，60 mm/h雨強是石灰土的產流臨界雨強，降雨強度小于60 mm/h的降雨可歸類于有效降雨，降雨能完成土壤水分入滲過程，對土壤水分有補充作用，≥60 mm/h的降雨歸類為侵蝕性降雨。

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

60～80 mm/h降雨強度對徑流量的發生影響達到峰值，在此范圍內降雨強度越大，產流量越高，對土壤的侵蝕力越強，土壤對降雨的吸收率越低，對雨水資源的利用率就越低，因此這個雨強范圍內的降雨是利用率最低的降雨。

降雨強度對土壤水分入滲后的再分布有顯著影響，雨強越大，土壤表層含水率變化越大，土壤水分的增加過程在降雨后20 min達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小于60 mm/h的降雨。

4 參考文獻

[1] 張治偉，朱章熊，王燕，等.巖溶坡地不同利用類型土壤入滲性能及其影響因素[J].農業工程學報，2010，26（6）：71-76.

[2] 雷廷武，潘英華，劉汗，等.產流積水法測量降雨侵蝕影響下坡地土壤入滲性能[J].農業工程學報，2006，22（8）：7-11.

[3] E E，J G W，A S R. Effect of stones on runoff，erosion，and soil moisture[J].Soil Science Society of America Journal，1966，30：638-640.

[4] 符素華.土壤中礫石存在對入滲影響研究進展[J].水土保持學報，2005，19（1）：171-175.

[5] 劉方，王世杰，羅海波，等.喀斯特石漠化過程中植被演替及其對徑流水化學的影響[J].土壤學報，2006（1）：26-32.

[6] 傅偉，陳洪松，王克林.喀斯特坡地不同土地利用類型土壤水分差異性研究[J].中國生態農業學報，2007（5）：59-62.

[7] 邱揚，傅伯杰，王軍，等.黃土丘陵小流域土壤水分時空分異與環境關系的數量分析[J].生態學報，2000（5）：741-747.

[8] 李安定.喀斯特地區頂壇花椒林地生態需水過程及造林技術的研究[D].貴陽：貴州大學，2006.

[9] 張喜，薛建輝，生原喜久雄，等.黔中山地喀斯特森林的水文學過程和養分動態[J].植物生態學報，2007（5）：757-768.

[10] 楊勝天，田雷.喀斯特地區土壤水分層均衡模型應用研究[J].中國巖溶，2005（3）：186-191.

[11] 朱安國.水土流失與水土保持[M].貴陽：貴州人民出版社，1986.

[12] P BENNIE A T，M HENSLEY.Maximzing Precipitation utilization in dryland agriculture in South Africa―a review[J].Journal Of Hydrology，2001（241）：124-139.

[13] 容麗.喀斯特石漠化區植物水分適應機制的穩定同位素研究[D].北京：中國科學院研究生院，2006.

[14] 楊曉俊.用人工降雨揭示降雨產流特征和降雨入滲規律[J].地下水，2007，29（2）：18-20.

[15] 謝森傳，雷志棟，楊詩秀.土壤水動力學[M].北京：清華大學出版社，1988.

篇7

教學目標

知識與技能：能說出二氧化碳的主要物理性質和化學性質；能用二氧化碳的性質解釋生活中常見的現象；再次練習固體、液體藥品取用等基本操作。

過程與方法：通過對二氧化碳的性質、用途等有關知識的探究學習，使學生體會獲得知識的過程，使學生學會科學探究的方法，從而培養學生的科學素養。通過相互交流、探究式的學習方式，使學生產生科學探究的興趣，從而產生學習化學的強烈愿望。

情感、態度與價值觀：培養學生從生活視角觀察二氧化碳的存在及用途，再從社會視角分析其使用，體會化學與社會的關系；在探究活動中，感受合作學習、研討、理論聯系實際的重要性，創設學術氛圍、滲透科研方法，養成嚴謹求實的科學方法觀。通過對溫室氣體之一的二氧化碳的介紹，增強環境保護意識，并且有意識辯證地看待問題。

教學重點與難點

探究二氧化碳與水反應，使學生認識二氧化碳的化學性質和掌握相關反應方程式。

教具學具

實驗用品：燒杯、集氣瓶、鐵架臺、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

教學媒體的準備及使用環境

媒體的準備：幻燈片的制作，上網查找干冰升華、人工降雨視頻

媒體使用環境：多媒體教室

本節課提供了大量實驗平臺，讓學生在實驗的基礎上進行化學知識的學習，但有的實驗在現有條件下無法完成，例如，干冰極不易保存，所以干冰升華、人工降雨實驗在課上完成起來有困難。本節課我利用網絡資源，找到干冰升華、人工降雨的視頻，在課上播放，不但節省時間，而且效果非常好。多媒體展示自然、生動，使學習者易于接受，有利于激發和維持學生學習興趣，幫助學生實現由感性到理性認識的飛躍。學生通過對多媒體提供的大量信息進行認真觀察、思考，感知教材，既提高了課堂教學效率，又實現了化學教學的整體優化。因此，通過多媒體資源與課堂教學的整合，可以提高學生的學習動力，減輕學生的學習負擔，使化學教學充滿生機和活力。

教學過程

導入新課

猜謎語：農民伯伯說我是莊稼的糧食；消防隊員說我是滅火先鋒；環境學家說我是溫室效應的罪魁禍首。謎底：二氧化碳。

設計意圖：創設情境，激發興趣。

設問：你還知道其他有關二氧化碳的事情嗎？

教師首先通過圖片展示二氧化碳循環圖，介紹固態二氧化碳——干冰，然后通過視頻播放干冰升華、人工降雨的過程，講解人工降雨的原理。

設計意圖：滲透生活中處處有化學，激發學生探求新知的興趣。

環節一：二氧化碳的物理性質

學生通過肉眼無法觀察到密度和溶解性，于是教師演示紙天平實驗，并指導學生親手做二氧化碳溶于水實驗，學生分析實驗現象，得出結論：二氧化碳密度比空氣大，能溶于水。

設計意圖：培養學生觀察實驗、分析問題能力。

環節二：二氧化碳的化學性質

在二氧化碳溶于水的過程中，有沒有發生化學變化呢？教師通過實驗總結化學變化的判斷標準；是否有新物質生成；反應物是否減少。

設計意圖：總結判斷化學變化的依據，使學生形成階段性總結的意識，拓展思維。

引導學生探究實驗：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。

結論1：二氧化碳與水反應生成了一種酸——碳酸：

H2O+CO2==H2CO3 。

演示實驗：加熱變紅的小花又變回紫色。

結論2：碳酸不穩定，受熱立刻分解，變成了二氧化碳和水：H2CO3== H2O+CO2。

設計意圖：學生在探究二氧化碳的過程中，體驗了一次完整的實驗探究過程，學生在明確了化學實驗探究過程的同時，也提升了實驗探究的能力。

演示實驗：檢驗碳酸飲料中的二氧化碳，現象：石灰水變渾濁了。

結論3 ： 二氧化碳能與石灰水反應：

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。

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

設計意圖：滲透生活中處處有化學，激發學生探求新知的興趣。

講述和設疑：在實驗室制取二氧化碳時，這個反應可以用來檢驗二氧化碳氣體。那么如何驗滿呢？

學生回答：用燃著的小木條，小木條熄滅。

結論4：一般情況下，二氧化碳不能燃燒，不支持燃燒，不供給呼吸。

設計意圖：用學生已經熟悉的知識引出本節課新知識，過渡自然，學生易于接受。

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

演示實驗：傾倒二氧化碳滅蠟燭實驗

設計意圖：應用所學知識解釋生活現象，拓展視野，將課本上的知識應用于實際生活，滲透生活中處處有化學。

環節三：二氧化碳的用途

根據二氧化碳的性質，總結二氧化碳的用途。

設計意圖：傳遞化學理念：物質的性質決定用途，用途反映物質的性質。

環節四：了解溫室效應

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

設計意圖：培養學生辯證地看待問題的思維，辯證地看待二氧化碳氣體的利與弊，增強環保意識。

環節五：小結

教學反思

1.縱觀本節課，信息技術與化學教學的有效結合，提高學習的效果和效率，促進學生對課程知識的深度理解和靈活運用，促進學生解決問題以及創造能力的發展。同時培養了學生應用信息技術的能力、對信息內容的理解與批判能力以及處理并運用信息的能力。

篇8

2.從影響因素角度考查，結合區域背景，針對區域最主要的影響因素作答，可能從水資源短缺、荒漠景觀、植被表現耐旱特征（葉呈針狀或退化、葉硬質、葉有蠟質、根系特別發達等）或湖泊萎縮等其他角度設問。

3.從旱災的受災體角度考查，分析其危害和對應的具體措施。

下面，我們結合例題，分別看看這三種考查方式應該如何應對。

例1 讀下圖，回答問題。

在上圖所反映的季節里，造成我國華北地區旱災的原因是（ ）

A.氣溫回升快，蒸發量大

B.水源短缺，農田需水量大

C.降水量較少，土壤干燥

D.植被稀少，涵養的水源少

解析 這道題很容易錯，在平常課程講解中，各選項都是導致華北地區春旱的原因，但具體到題目，考查的是旱災和干旱的區別。干旱是旱災的致災因子，而旱災必須有受災體。ACD都是華北春季干旱的原因，而B反映了由于干旱導致的水資源短缺，并且導致農業缺水。所以本題選擇B選項。

答案 B

點拔 干旱是因長時間無降水或降水量少而造成空氣干燥、土壤缺水的一種現象。影響干旱的因素分自然因素和社會經濟因素。自然因素，包括降水少、氣溫高、寒流來襲導致降溫減濕、大風導致蒸發加劇、植被差導致涵養水份調節小氣候功能下降、地形崎嶇影響地表水流速和下滲等一系列原因。社會經濟因素，包括人口稠密、工農業發達，生產生活用水量大、水污染、利用率低等導致水資源不足。

對一個地區干旱的影響是單個要素影響或多個要素共同影響。例如華北地區春旱的原因：春季氣溫回升快，蒸發旺盛；雨帶還沒到來，降水稀少；農業生產需水量大。需要注意不同地區的影響因素有主次之分，比如季風區更主要的為降水的季節差異和年際變化。

例2 2013年春我國部分地區發生了嚴重的干旱。讀圖回答。

在發生重、特旱的地區，此時期最可能出現（ ）

A.滑坡 B.沙塵暴

C.森林火險 D.土壤鹽堿化

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

答案 C

點拔 干旱常與旱災相關聯，但旱災與干旱有一定區別。旱災的發生是某一時期降水比多年平均偏少而導致地區經濟活動（尤其是農業生產）、人類生存受到危害。干旱與旱災的主要區別在于干旱是發生旱災的致災因子，而旱災的發生還需要有受災體，受災體主要包括生態、農業和社會經濟等，具體如下表所示。

[受災體＼&危 害＼&舉 例＼&生 態＼&對生態環境帶來不利影響＼&如森林大火、病蟲害、土地鹽堿化、河流斷流、湖泊萎縮等＼&農 業＼&對作物生長、產量或牧場產量足以產生不利影響＼&如作物正常生長受到影響＼&社會經濟＼&對人民的生活和生產帶來水資源等問題不利影響＼&如水資源緊張，高溫導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的1/7。讀圖，針對流域水資源匱乏的現狀，簡述農業生產應采取的對策。

解析 針對農業水資源短缺問題，類似于旱災給農業帶來的不利影響問題，可以從緩解農業旱災的角度出發，主要從培育和種植耐旱作物，加強農業基礎設施建設，推廣節水灌溉技術（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（調整作物類型、進行品種改良）；應用噴灌、滴灌、微灌等節水技術，發展節水農業；加強農業基礎設施建設，提高抵御旱災的能力。

點拔 針對不同受災體，緩解旱災的措施如下表所示。

[受災體＼&緩解措施＼&生態＼&做好監測與預防準備工作；人工降雨等＼&農業＼&加強旱災預測，為有效防災做準備；推廣耐旱作物（調整作物類型、進行品種改良）；應用噴灌、滴灌等節水技術，發展節水農業；加強農業基礎設施建設（跨流域調水，修建水庫）；人工降雨等，提高抵御旱災的能力＼&社會

經濟＼&做好監測與預防準備工作；控制人口數量，提高素質；減少水污染；減少浪費，提高利用率；限制高耗水工業的發展；實行水價調節，樹立節水意識；海水淡化；適度開采地下水；人工降雨等＼&]

通過對上述干旱和旱災的例題分析，可以總結出針對此類試題的處理流程：

1.仔細閱讀題干信息，明確干旱和旱災發生的區位、季節、自然地理及人文地理條件；

2.結合獲取的有效信息，構建試題背景模型，從各角度綜合考量試題設問內容；

3.根據構建的模型，詳細探究旱災和干旱發生的原因、影響和對應措施；

4.利用所學地理原理和規律，用科學的地理語言，準確敘述回答問題。

在最后的復習階段，要求我們在備考中進行對這個專題深入探究，理解本質、辨析區別，真正提高理解、探究和知識遷移能力。

[練習]

1.閱讀下列圖表資料，回答問題。

我國是世界上自然災害最嚴重的國家之一，其中水、旱災害尤其突出，對我國人民的生產和生活造成極大危害。

1949年到1998年我國部分地區水、旱災害頻次

[地區＼&旱災頻次＼&水災頻次＼&三江平原及長白山地＼&32＼&219＼&松遼平原＼&169＼&357＼&環渤海平原＼&415＼&799＼&黃淮平原＼&846＼&1407＼&長江中下游平原和江南丘陵＼&949＼&2151＼&]

概括我國水、旱災害的分布及發生頻次的特點。

2.干旱災害是中國主要的氣象災害之一。下圖反映了我國1950～1991年間不同區域干旱季節分布及其對農業的影響。讀圖回答下列問題。

（1）判斷圖中旱災最嚴重的地區（寫序號）并說明依據。

（2）分析②、③兩區旱災季節差異的原因。

（3）說明①區春旱引發的最主要的次生災害及其監測手段。

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

分析圖示沿海地區氣候干旱的原因。

4.森林火災，是指失去控制，在林地內自由蔓延和擴展，對森林、森林生態系統和人類帶來一定危害和損失的林火行為，是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災害。全世界每年平均發生森林火災20多萬次，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的1‰以上。下圖為“2013年美國加利福尼亞主要森林火災地點分布圖”。

試分析加利福尼亞森林火災的主要自然原因及其影響。

[參考答案]

1.分布特點：我國水、旱災害集中分布在東北地區；南方以水災為主，北方以旱災為主。

頻次特點：我國水、旱災害發生頻次較高，且發生頻次由南向北減少；無論南方還是北方，頻次均是水災多于旱災。

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

（2）②區：春季降水少；升溫快，蒸發旺盛。③區：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；遙感技術。

篇9

本文內容涉及現場原位試驗、室內抗剪強度試驗、數據分析與計算機模擬等環節，全文所提供的研究思路、原位數據與研究結論，對促進泥石流堆積體滑坡機制、滑坡轉化泥石流機理、泥石流起動機理等學科前沿問題的研究，均有一定的參考價值。

2 泥石流堆積體的特征

泥石流堆積物是泥石流活動的產物，它的各種特征客觀地記錄了泥石流的基本性質、運動特性、暴發頻率、規模大小和沉積環境，它的結構和構造是泥石流體的結構、動力特性和成巖作用三者的聯合效應。

前人對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程介于稀性泥石流和塑性泥石流堆積過程之間的過渡形式。兩種典型泥石流沉積結構如圖1，2所示。圖1為粗化分層構造，為不同場次泥石流堆積后的“水流粗化”的結果。圖2為反向粒級構造，上部正粒級是重力分異的結果，下部的反向粒是層流剪切的結果。

3 試驗研究

以云南省小江流域泥石流分層粗化構造土層堆積體（圖2）為對象，進行滑坡起動試驗。

對堆積區原狀土取樣，進行室內物理力學性質試驗。顆粒分析使用篩析和比重計法。試驗儀器為4.0～1.0 mm分析篩和甲種比重計，分散劑為六偏磷酸鈉。試驗表明，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uC= 972.4，表明泥石流堆積區原狀礫石土樣為極為不均勻，但在較高圍壓下，細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特性。測試結果見表1。

三軸試驗使用TSZ30-2.0應變控制式三軸儀。按儀器規格，去除>5 mm的泥石流堆積土，并保持

礫石土的滲透系數試驗使用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的土體。平均滲透系數為0.006 cm/s，結果與細砂的滲透系數0.001～0.006 cm/s較接近，由于松散原狀土中的孔隙率應大于試驗配制土，則可推測，滲透性應略大于0.006 cm/s，是屬于強滲透系數的土類。測試結果見表3。

現場人工降雨滑坡起動試驗于2004年8月～10月期間完成。野外人工降雨試驗設備由人工降雨裝置與數據實時采集設備組成。含水量測量采用美國產的TRASE TDR時域水分儀，測試數據以體積含水量參數表示，由美國產的CR10X完成數據采集。設置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行埋設。傳感器埋設布置見圖4。圖4中點劃線是實地測量的土體大致滑動線。

試驗中放置雨量筒2個，測得的降雨量分別為140.9和142.6 mm，平均為141.75 mm，降雨總歷時141 min，實際降雨強度為60.3 mm/h。試驗步驟與現象如表4所示。

降雨停止后對坡面特征地形進行測量與土體取樣。通過測量，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面坡度為47°，后壁坡度為81.5°，明顯的滑動層厚度從下至上分別為27，24和17 cm。根據土層深度與坡體不同位置，實測土體發生破壞時體積含水量見表5。

4 穩定性分析

在野外試驗沒有實時測量孔隙水壓力，因此，對Spencert法[3]進行修改，利用全應力法分析泥石流堆積體邊坡穩定。

如圖5所示，根據水平方向力的平衡與Mohr- Coulomb強度準則，可導出基本平衡方程：

在本文中沒有考慮坡體后緣裂隙的水壓力，因此，從物理現象來看，表6中1#條塊計算值中出現負值是不合現實的。這也是基于SPENCER條分法分析坡體穩定性的缺陷。表6中Microsoft Excel表單給出了最可能圓弧滑動面計算數據與過程。計算所取用的參數見表2，5。在表6中單元$B$11：$D$11和$S$4：$T$4中分別輸入任意圓心坐標、側壓力系數、安全系數值9c=x，R = 13，=aλ0，F = 1。激活Microsoft內建的規劃求解器（Solver），設定目標單元格$U$4為最小值，約束條件$S$7：$T$7=0，Radius≥cy，0min=X，8c=y，F≥1，單擊求解器選項菜單，選中“自動比例”，求解后可得到最危險滑動面F = 1.9，=aλ0.7。最可能的非圓弧滑面在已知圓弧滑面的基礎上，改變求解器自動搜索選項，給定約束條件$D$20：$D$44≤$C$20：$C$44，$D$44=0，$O$22：$O$44≥0，$S$7：$T$7=0，F≤2，F≥0，設定可變單元格$T$4，$S$4，$B$11：$D$11，目標單元格不變，求解后可得到最優非圓弧滑面的安全系數F = 1.7，比圓弧滑面略小，側向推力系數=aλ0.8，大于圓弧滑面。圖6給出了3個從不同初始圓弧弧面程序搜索得到的非圓弧滑面，相對坐標差值處于在千分位以后，因此，計算結果相當穩定。

將坡面坐標減去0.5 m作為實際滑動面坐標，來取代表6中滑坡面坐標$D$20：$D$44，進行實際滑面上土體的穩定性分析。在規劃求解器（Solver） 中，設定目標單元格$U$4為最小值，約束條件$S$7：$T$7=0，可變單元格$S$4：$T$4，規劃求解器找不到精確解，但是給出了一個最接近的迭代值，F = 4.0，=aλ1.8。

5 滑坡失穩的機理

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，求解得到的最不穩定圓弧滑面的后緣和剪出口坐標位置與實際觀察一致。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，與實際觀測滑面位置（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面，但是仍與實際觀測面位置有一定差距。

從實際滑面坐標分析滑體的穩定性，根據式（1）可知，滑動面上抗滑力主要取決于滑動面土體的抗剪強度，在抗剪強度降低4倍以下時，可得到2.0=ΣM，0=ΣF，且側推力系數達到3.4，坡體接近臨界狀態，才有可能形成不穩定的滑動面。當實際滑面坐標取為斜坡側面高程40 cm以下時，可以找到一解：7.4=F，8.1a=λ，并滿足所有約束條件與最優狀況。分別減少土層厚度值，可得出不同的穩定性系數，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，相對重量增加，但是，平行坡面的切向力不能克服土體的抗力產生滑動，并且穩定系數隨上覆土層重量的減低逐步上升。

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

（3） 整體極限平衡破壞主要發生在土層厚度大于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生的機理不能完全歸之于滑動面上土體抗剪強度原理，土力學中的條分法不能完全解釋破壞的機制。

（5） 推測表層土體主要是水力滲透力引起單個顆粒或團塊發生移動，然后相互影響到一定深度，形成相對穩定的厚度的土體發生破壞。

由上述可知，處于弱固結狀態泥石流堆積土邊坡失穩的機制可能是：當發生短歷時雨，泥石流堆積土地表形成超滲產流。上層松散泥石流堆積土的滲透系數較大，坡頂與坡腳高差形成較大的水力梯度，滲透力推動細顆粒向深度運移。由于不同場次泥石流堆積后的“水流粗化”的結果，在經歷快速紊流滲透后，局部堵塞以至于形成相對不透水層，坡腳形成滲流出口，最先淺層土體發生重力剪切，相當于處于不排水不固結條件下土體發生剪切破壞，礫石土在剪切中呈現體縮的趨勢，產生正值的孔隙水壓力，不斷增加直到穩定值，相應地，土中的有效應力不斷減少，強度不斷降低，最后接近于0，以至于發生失穩破壞，最后因為動力作用，連續牽連至下層含水量變化小的土層和溯源滑動。

6 結論與討論

篇10

中圖分類號：P334.2文獻標志碼：A文章編號：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

隨著人類活動和氣候變化影響的加劇，各種氣象災害頻繁發生。作為我國糧食主產區的華北地區，面臨著降水變率大、區域洪澇災害頻發等嚴重問題。因此，正確理解華北半干旱地區的降雨產流特性對準確選擇或建立有效的水文模型至關重要 [12]。目前，國內相關學者對降雨產流機理的研究主要集中在黃土高原地區，如王占禮等[3]采用人工模擬降雨試驗法對黃土裸坡降雨產流過程進行了研究；孔剛等[4]利用室內人工降雨試驗，研究了黃土坡耕地土壤初始含水率對坡面降雨入滲、產流、溶質遷移規律的影響；陳洪松等[5]通過對黃土高原區坡面降雨入滲、產流的研究，表明產流時間主要取決于土壤初始含水量；王輝等[6]研究了黃土區前期土壤含水量對不同土壤坡面降雨入滲、產流和產沙特性的影響。然而針對華北半干旱區大田土壤的降水產流機理研究還相對較少，因此，本文基于華北半干旱區的土壤特性，以比重較大的砂壤土為研究對象，采用人工模擬降雨的方法，研究了降雨產流過程中坡度和前期土壤含水率對產流的響應機理，從而為華北半干旱區降雨產流過程研究提供數據支撐和理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗采用自行設計的土槽，長×寬×高=200 cm×50 cm×60 cm，土槽坡度可在0～25°之間自由調整。土槽上端以及底部均布設有導流裝置，分別用以觀測地表徑流和壤中流。土槽頂端四周內側安裝10 cm高的鐵片，防止雨滴濺蝕及表層水土的側向沖刷流失。同時，土槽前端出口的縱剖面用鐵質的百葉窗封裝，并在百葉窗內側鋪設一層紗網，防止降雨過程中土壤側漏（見圖1）。

降雨產流試驗所用的土壤取自北京市大興區中國水利水電科學研究院試驗基地，土壤質地為砂壤土，并于2012年3月對試驗土槽進行填裝。裝土前篩去土壤中的雜物，經10 mm的濾網過濾后風干，每隔5 cm進行分層裝土，土壤填充高度為50 cm，基本為同性、均質的土壤[7]。本試驗于2015年8月進行，所用土槽中的土壤已經沉積3年多的時間，其性狀與大田土壤特性相似，基本參數見表1。

試驗中采用的美國Decagon公司生產的電容式土壤水分傳感器EC5，通過測量土壤中的介電常數來計算土壤體積含水率，測量精度可達到±1%～2%[1，7]。土壤水分數據采用EM50數據采集器（采集時間間隔的可調整范圍為1～1 440 min）進行采集。

1.2 試驗方法

降雨產流試驗于中國科學院水利部水土保持研究所的人工模擬降雨大廳進行。試驗設定三種不同坡度（5°、10°和15°），每種坡度分別在前期土壤含水率為020、025和030時進行試驗，且每組均進行一組重復試驗，降雨歷時均為120 min。相關研究指出[812]，雨強較大時，前期土壤含水率對產流的影響不明顯，故本試驗采用較小的雨強進行試驗，標定雨強為25 mm/h。各場次降雨的具體雨強和前期土壤含水率見表2。

試驗采用人工計量的方式對降雨過程中的地表徑流進行觀測，在產流過程中每隔3 min采集一次徑流樣，降雨停止后的退水過程每隔1 min采集一次。降雨過程中土壤含水率的變化使用EM50數據采集器實時采集，采集時間間隔為1 min。

2 結果分析

2.1 前期土壤含水率和坡度對產流量的影響

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

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

不同坡度和前期土壤含水率的降雨產流試驗，在起始產流至產流剛達到穩定的時段內，單位時間產流量與產流歷時呈現對數函數y=aln（x）+b關系（見表3）。

2.2 不同坡度/前期土壤含水率對累積徑流

量的影響分析 對不同坡度和前期土壤含水率的累積徑流量進行回歸分析發現：在產流過程中累積徑流量幾乎均呈線性變化趨勢，其確定性系數均在09以上（見表4），且均通過顯著水平α=001的方差分析和檢驗。表4中參數a和b分別表示擬合曲線的斜率和截距。通過對比不同條件下斜率a可發現：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，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裂縫，使得在降雨過程中土壤入滲總量變大，導致累積徑流量增加緩慢。

2.3 不同坡度/前期土壤含水率對產流滯時

的影響分析

坡度和前期土壤含水率是影響產流滯時的兩個重要因素[1316]。不同坡度和前期土壤含水率對產流滯時的影響見圖4。試驗結果表明：相同坡度下，前期土壤含水率越高，產流滯時越短。在前期土壤含水率θ=020時，三種坡度的產流滯時均在70 min以上，而在θ=025和θ=030時，均在35 min以內產流。對比不同坡度與前期土壤含水率下的產流滯時可以發現：前期土壤含水率對產流滯時的影響較坡度更加明顯，這與陳洪松等[5]的研究結果相一致。

2.4 不同坡度和前期土壤含水率對土壤入

滲率的影響

土壤入滲率是描述降雨條件下坡地水文過程的一個重要指標，其變化可影響徑流的形成過程[1721]。為研究降雨過程中土壤入滲率的變化特征，本文采用水量平衡的方法，對不同坡度和前期土壤含水率下的土壤入滲率進行計算。不同坡度和前期土壤含水率條件下土壤入滲率曲線見圖5。從圖5可以看出，降雨開始后，土壤含水率隨著降雨歷時的增加而增大，然而，由于降雨強度小于土壤入滲率，致使降雨全部入滲，無地表徑流產生，因此入滲曲線在地表徑流產生前是一條直線；當土壤入滲率小于降雨強度時，開始產生地表徑流；當土壤含水率達到田間持水量時，此時土壤入滲率趨于穩定。同時，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。

采用傳統的降雨入滲模型Kostiakov模型[22]、Horton 模型[23]以及Philip 模型[24]對不同坡度和前期土壤含水率下的降雨入滲關系進行回歸分析（見表5）。結果發現，不同降雨條件下，Horton 入滲模型擬合結果較好，而Kostiakov 模型和Philip 模型的計算結果精度相對較低。從而說明，對于試驗區域的砂壤土而言，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性，該結論與相關學者[1，2，7]的研究結果一致。

3 結論

本文采用人工模擬降雨的方法對華北半干旱區裸地不同坡度和前期土壤含水率條件下的降雨產流過程進行了試驗研究，結果如下。

（1）徑流量隨坡度/前期土壤含水率的增加而增大，在起始產流至產流剛達到穩定的時段內，產流量與產流歷時呈現對數關系；產流過程中，累積徑流量與降雨歷時呈現線性關系。

（2）在降雨產流過程中，坡度和前期土壤含水率越大，產流滯時越短，且前期土壤含水率對產流滯時的影響較坡度更加明顯。

（3）土壤入滲率隨產流歷時的增加而不斷減小。在相同坡度下，土壤入滲率的變化趨勢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，與前期土壤含水率相比，坡度對土壤入滲率的影響程度則相對較低。

（4）采用Kostiakov模型、Horton 模型以及Philip 模型對不同坡度和前期土壤含水率下的降雨入滲關系進行回歸分析發現，Horton 模型的模擬結果優于其它兩種模型。

參考文獻（References）：

[1] MU Wenbin，YU Fuliang，LI Chuanzhe，et al.Effects of rainfall intensity and slope gradient on runoff and soil moisture content on different growing stages of spring maize[J].Water，2015（7）：29903008.

[2] ZHAO NaNa，YU Fuliang，LI Chuanzhe，et al.Investigation of rainfallrunoff processes and soil moisture dynamics in grassland plots under simulated rainfall conditions[J].Water，2014，6（9）：26712689.

[3] 王占禮，黃新會，張振國，等.黃土裸坡降雨產流過程試驗研究[J].水土保持通報.2005，25（4）：14.（WANG Zhanli，HUANG Xinhui，ZHANG Zhenguo，et al.Experimental study of runoff processes on bare loess hillslope[J].Bulletin of Soil and Water Conservation.2005，25（4）：14.（in Chinese））

[4] 孔剛，王全九，樊軍，等.前期含水量對坡面降雨產流和土壤化學物質流失影響研究[J].土壤通報，2008，39（6）：13951399.（KONG Gang，WANG Quanjiu，FAN Jun，et al.Effects of initial water content on hillslope rainfall in filtration and soil nutrient loss[J].Chinese Journal of Soil Science，2008，39（6）：13951399.（in Chinese））

[5] 陳洪松，邵明安，張興昌，等.野外模擬降雨條件下坡面降雨入滲、產流試驗研究[J].水土保持學，2005，19（2）：58.（CHEN Hongsong，SHAO Mingan，ZHANG Xingchang，et al.Field experiment on hillslope rainfall infiltration and runoff under simulated rainfall conditions[J].Journal of Soil and Water Conservation，2005，19（2）：58.（in Chinese））

[6] 王輝，王全九，邵明安.前期土壤含水量對坡面產流產沙特性影響的模擬試驗[J].農業工程學報，2008，24（5）：6568.（WANG Hui，WANG Quanjiu，SHAO Mingan.Simulation experiment of effect of antecedent soil moisture content on characteristics of runoff and sediment from two soil sloping lands[J].Transactions of the CSAE，2008，24（5）：6568.（in Chinese））

[7] 趙娜娜.土壤水分變化對降雨產流響應機理的影響研究[D].北京：中國水利水電科學研究院，2014.（ZHAO Nana.Soil moisture dynamics and responsed to runoff processes at hillslope scale：experimental analysis and modeling[D].Beijing：China Institute of Water Resource and Hydropower Research，2014.（in Chinese））

[8] 張向炎，史學正，于東升，等.前期土壤含水量對紅壤坡面產流產沙特性的影響[J].水科學進展，2010，21（1）：2329.（ZHANG Xiangyan，SHI Xuezheng，YU Dongsheng，et al.Effects of antecedent soil moisture on hillslope runoffgeneration and soil erosion over red soil.mantled landscapes[J].Advances in Water Science，2010，21（1）：2329.（in Chinese））

[9] 李樹利，彭培好，王玉寬，等.雨前土壤含水量對紫色土坡耕地地表產流過程的影響[J].安徽農業科學，2008，36 （35）：1559315595.（LI Shuli，PENG Peihao，WANG Yukuan，et al.Effect of soil water content before rainfall on surface runoff yield process in farmland in purple slope land[J].Journal of Anhui Agri.Sci，2008，36 （35）：1559315595.（in Chinese））

[10] 孫明.下墊面含水狀態與降雨產流關系研究[J].山西大學學報：自然科學版，2007，30（1）：125128.（SUN Ming.Study on the relationships between the soil moisture condition of underlying surface and rainfallrunoff[J].Journal of Shanxi University：Nat.Sci.Ed，2007，30（1）：125128.（in Chinese））

[11] 韓廷印，孫英志.基于徑向基函數神經網絡降雨產流預測研究[J].南水北調與水利科技，2009，7（5）：5759.（HAN Tingyin，SUN Yingzhi.Rainfall runoff prediction based on radial basis function neural network[J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2009，7（5）：5759.（in Chinese））

[12] 史致男.不同降雨特性對坡面產流產沙過程的影響[D].杭州：浙江大學，2014.（SHI Zhinan.Impact of different rainfall characteristics on both runoff and erosion processes[D].Hangzhou：Zhejiang University，2014.（in Chinese））

[13] Esteves M，Lapetite J M.A multiscale approach of runoff generation in a Sahelian gully catchment：a case study in Niger[J].Catena，2003，50（2）：255271.

[14] 袁建平，蔣定生，甘淑.影響坡地降雨產流歷時的因子分析[J].山地學報，1999，17（3）：259264.（YUAN Jianping，JIANG Dingsheng，GAN Shu.Factors affecting rainfallrunoff duration on sloping land[J].Journal of Mountain Science，1999，17（3）：259264.（in Chinese））

[15] 李雪峰，李亞峰，樊福來.降雨入滲補給過程的研究[J].南水北調與水利科技，2004，2（3）：3335.（LI Xuefeng，LI Yafeng，FAN Fulai.Experimental research on the process of rainfall infiltration feeding[J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2004，2（3）：3335.（in Chinese））

[16] Hino M，Odaka Y，Nadaoka K，et al.Effect of initial soil moisture content on the vertical infiltration process―A guide to the problem of runoffratio and loss[J].Journal of Hydrology，1988，102（1）：267284.

[17] HUANG Jun，WU Pute，ZHAO Xining.Effect of rainfall intensity，underlying surface and slope gradient on soil infiltration under simulated rainfall experiments[J].Catena，2013，104 （5）：93102.

[18] 石生新.高強度人工降雨條件下影響入滲速率因素的試驗研究[J].水土保持通報，1992，12（2）：4954.（SHI Shengxin.A testing study of factors affecting infiltration rate under artificial rainfall with high intensity[J].Bulletin of Soil and Water Conservation，1992，12（2）：4954.（in Chinese））

[19] 李琪，蘇歡，吳東麗，等.降雨對鄭州市土壤水分下滲的影響[J].節水灌溉，2015（8）：5862.（LI Qi，SU Huan，WU Dongli，et al.Effect of rainfall on soil moisture infiltration in zhengzhou[J].Water Saving Irrigation，2015（8）：5862.（in Chinese））

[20] 吳佳，王林華，李占斌，等.中小雨強下谷子坡地的降雨入滲特征模擬[J].西北農林科技大學學報：自然科學版，2015，43（6）：17.（WU jia，WANG Linhua，LI Zhanbin，et al.Simulation of soil infiltration in millet sloping field under medium rainfall intensity[J].Journal of Northwest A & F University ：Nat.Sci.Ed.，2015，43（6）：17.（in Chinese））

[21] 趙娜娜，于福亮，李傳哲，等.降水入滲及土壤水分變化對產流過程影響研究進展[J].南水北調與水利科技，2014，12（2）：111115.（ZHAO Nana，YU Fuliang，LI Chuanzhe，et al.Review on effect of rainfall infiltration and soil moisture variation on the rainfall runoff process[J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2014，12（2）：111115.（in Chinese））