实验研究水的渗透在空气不饱和水平沙列在不同约束条件

文摘

水渗透到最初的过程研究了干砂在水平沙列各种密封的条件下。调查涌水量行为之间的相互关系,气压、空气隔离效果,和通风有效性不饱和多孔介质经历动态渗透,共有五个动态渗透实验与固定入口水压进行不同通风口打开或关闭列长度。渗透过程的可视化是伴随着测量含水饱和度,气压,积水流入。列系统以开放的结束,没有空气压力增加表明,发泄在柱端可以显著降低在渗透过程中,内部空气压力影响,空气阶段可以忽略对于这种情况。然而,在列紧结束,耦合的空气和水流过程可分为两个完全不同的时期。在水边最遥远的打开通风,通过内部气压制动动态渗透影响可忽略,类似于打开的情况下结束。这段时间后,打开通风口可以影响流入行为通过空气出口,而他们不能平衡孔隙气压与大气压。其余的空气在前面将逐步限制和压缩,和空气压力显著增加突出的作用在减少空气压力增加水渗透速率。越接近最后开放发泄的进水口,高气压的增加,更大的延迟影响水的渗透。这项工作可能会延长水的实验研究非饱和土渗透到不同的密封条件和提供实验证据这些耦合机制在土壤水和空气之间的阶段。

1。介绍

滞留空气对水渗透到不饱和多孔介质研究了很长一段时间(1- - - - - -7]。在入侵的情况下,气相取代的液体可以自由逃离这个系统,传统的假设土壤空气压力与大气压力保持不变,处于平衡状态是有效的(8- - - - - -11]。然而,在许多情况下,空气的运动可能是由不透水层或障碍物阻碍,导致累积在空气压力和减少由于裹入水渗透的速度和压缩空气阶段(2,12- - - - - -14]。

空气的影响限制在水面上渗透过程可以显著的自然条件(15- - - - - -17]。报道在斯莱特和拜尔(15底部),细粒度的土壤不透水岩石或土,降雨可能密封表面土壤和进一步抵制漏气。周(16和郭et al。5)表明,强降雨事件可能产生暴雨的Lisse效应产生空气监禁和空气压力的增加,导致观测井的水位上升。尽管在非饱和区垂直渗透更为普遍和广泛研究,水平空气流预计也将出现在许多地质环境(6,18- - - - - -20.]。例如,海底空气流在沿海地区是一个典型的二维空气流系统。报道在焦和李18),两阶段空气流模型预测海底气压的变化在沿海非饱和区在不下雨的条件下。他们提供了一个全面了解气压之间的关系变化,海洋潮汐和降雨。此外,郭和焦6]数值调查地下空气流受到潮汐边界在沿海两层系统。他们报告说,在这样的空气系统,垂直空气流量往往是占主导地位的上低渗透性层和水平空气流量预计将主要在较低的相对效果层,垂直和水平气流会逐渐减弱向陆地而上。更重要的是,在火山岩储层区域,横向断层和层间交错区组成的泥巴,碎片,和砾石通常形成于河流山脉由于构造活动19,20.]。在自然条件,大多数水平发达层间交错区最初处于不饱和状态。在储层填满,水渗透到一个层间交错区也是一个典型的水平空气流动系统。水渗入土壤,在围岩骨折并不发达的地区,空气阶段将被压缩(没有气流边界),这可能造成空气压力的积累和对制动水入渗过程产生重要影响(水平水气通量往往占主导地位);然而,一些地区骨折发生在周围的岩石,流离失所的一部分空气夹层内的土壤会逃到围岩通过这些骨折(垂直空气流量往往占主导地位)。因此,在不饱和多孔介质,实验调查的影响气流水平水渗透系统与不同的密封条件的重要性。

气流在水渗透的作用也被报道在许多实验室检测,这试验研究可以追溯到大国的实验表明,水进入土壤的速度列密封底部还不到,当列向大气层底部开放(2]。自由和帕尔默(21],威尔逊和Luthin [22],派克[8],艾德里安和Franzini [9)也研究了空气压力增加的延迟效应在垂直水渗透率,关闭列挤满了均匀,最初干砂。工作的威尔逊和Luthin [22),空气压力达到峰值的~ 11.0 kPa未放气的列在渗透,而相应的空气压力峰值是发泄~ 1.4 kPa列。艾德里安和Franzini [9)指出,一个更小的减少细粒度的土壤渗透速率可能是观察相比,粗粒度的土壤。在一些工作中,分层列也被考虑。通过使用一个垂直分层非饱和土柱,Vachaud et al。23)研究的影响空气重力排水和常数阶段水渗透。这种延迟效应测量排水和渗透。Touma和Vauclin14)进行垂直入渗试验,部分饱和列考虑各种边界条件应用于水表面。结果表明,气流不应被忽视的通量和阻塞的条件。两种类型的垂直列也考虑Latifi et al。24]:均质土柱和两层土壤柱。他们表明,空气压力增加是更重要的在两层土壤柱比均匀。

空气压力水运动的延迟效应也观察到在一些重力排水的情况下,如果排水率高于空气流入率(25- - - - - -29日]。Liakopoulos [25)进行了动态排水实验在垂直沙列一个开口端;负风压沿轴的存在表明,气压可能稍微减速影响排水行为。与重力排水,最近,侯et al。29日)用实验测量和数值模拟研究的假设空气移动没有粘性压力下降(无限移动)非饱和土柱快速动态排水。实验的结果表明,土壤内的气压梯度可以伟大和建议的假设无限空气流动是一个糟糕的假设在任何多孔介质快速排水。

尽管水垂直渗透到不饱和多孔介质进行了广泛的调查,很少有研究,处理水水平渗透到不饱和土壤高进气压力。更重要的是,在密闭的环境之间的关系和涌水量行为尚不清楚。大多数先前的调查人员只考虑两种极端情况下,包括系统没有空气网点或系统允许空气逃避自由。没有实验研究取得了一系列的密闭条件下的系统。因此,仍需要进一步的实验研究相互作用的水渗透,空气压力,排气性能,在水和空气限制效应渗透到不饱和多孔介质。

在这项研究中,一个流可视化系统开发为研究水水平渗透到不饱和砂列。动态渗透测试是执行各种空气约束条件下通过一个或多个通风口打开让空气逃离系统在不同位置沿列。水相运动跟踪与时域反射计测量含水饱和度在指定位置的列和积水流入。空气压力另一端的列也被测量。

2。水平在不饱和砂柱渗透实验

2.1。实验装置

渗透水取代空气进行的实验水平沙列(图1)。这个系统由一个透明的有机玻璃管长度182厘米,内径3.01厘米,和外部直径4.62厘米;CCD相机(索尼FCB-EX48EP);供水系统(Wilo MHIL403);热带病研究和培训特别规划系统来测量土壤水分(范围0 - 100%,准确率3%,分辨率0.1%;hstl - 102 - str);和几个压力无线数据记录器( ,范围0 ~ 98.6 kPa, 25 Pa的决议;Micro-Diver斯伦贝谢)。这个系统的细节图所示1。所有实验用沙粒径范围从0.05到2毫米。干砂被打包成列的长度180厘米,内径3.01厘米。

含水饱和度的时间演化三个职位P₁- - - - - -P₃( ,从进口100和170厘米)与时域反射计测量系统(TDR)插入与0.8厘米长3.6厘米探头绝缘层在沙滩上列。连续记录气压在列的远端,一个压力无线监测传感器是在一个完美的适合和严格封闭的不锈钢套筒(死体积最小);使密封连接的列。测量入口水压,放置在入口管数据记录器。空气压力和土壤湿度记录每隔30年代。

航空运输的潜在影响的水渗透在各种排放列系统进行了研究。为此,三个通风口V₁- v₃( )是安装在顶部的水平列在不同的位置( ,120年,从入口60厘米)(见图1)。当所有通风口关闭,沙列是密封在所有界限。各种空气约束条件可以通过控制通气开关。总共五个场景相同的初始条件但通风口打开或关闭的不同组合进行:(1)实验# 1 V与发泄₁open(列)和其他所有通风口关闭;(2)实验# 2 V与发泄₂开放;(3)实验# 3 V与发泄₃开放;(4)实验与所有通风口# 4 V₁- v₃开放;(5)实验# 5和通风口V₂和V₃开放。总结提出了实验条件的表1。

2.2。程序

在包装之前,我们先列垂直。为了防止沙子损失,40岁μ米孔径多孔板2毫米厚度被固定在柱底端。列填写九十层(每层2厘米),以避免分层或优先流,每一层小心地倒,完全混合,坚定了和压实。包装后的沙子,一层2厘米的效果砾石(晶粒尺寸范围从5到10毫米)被表面的沙子,促进水的渗透。之后,我们把4毫米孔径的多孔板列高端包装防止损失,然后列转到水平位置。

我们连接的右端列不锈钢套带有内置空气压力无线监测传感器通过硅胶软管,以及列的左端入口管和一个内置的水压力无线监测传感器。注意,因为可能存在水流入管道的粘性阻力,真正的入口水压通常低于设置值。所以无线压力传感器也被放置在入口管测量瞬时入口水压。一个疏水聚四氟乙烯(PTFE)膜(130μ米厚度,10μ米孔隙大小;微孔,LCWP04700)是粘在一端的通气孔与土壤的接触。从喷口水排水收集使用塑料管。此外,压力数据记录器是放置在供水管道( )以及每个收集水管流入或流出体积计算(注意,该决议是0.77厘米³基于静水压力的测量。CCD相机和热带病研究和培训特别规划系统连接到电脑记录。之前打开水进气阀、进气管道内的空气完全排出。然后我们关闭所有通风口除了V₁和调节供水系统固定30 kPa的水压力。最后,水进气阀打开,水染艳蓝自由现金流量(CI 42090)是注入的列。应该注意的是,在这个不饱和渗透系统,所有抗性流量超出基线控制的系统抗性被减少到最低限度。

平衡达到(在水饱和状态)时,执行一个落差测试来确定包装的饱和导水率。在试验。# 2,# 5,而实验# 1,只有开放的喷口是不同的,但其他程序保持不变。包装的体积密度和孔隙度的衡量Tan(提供的方法30.]。实测孔隙度、初始和饱和含水量和容重的包装,分别为0.47,0.15,0.43,和1.67克/厘米³。房间的温度的动态实验进行了不同从17°C到21°C。

3所示。结果

水渗透收益,空气阶段入侵的非饱和区逐渐取代水,伴随着空气压力和含水饱和度的增加。过渡,我们描述饱和的一般分布和不变区域当湿润锋第一次到达(饱和开始从初始水饱和度)增加所选位置( , ,和点P₁- p₃;参见图1他们的位置)。我们也分析含水饱和度在点P₁- p₃,空气压力在柱端,累积水量通过列入口。注意,测量空气压力是一个相对价值基于101.3 kPa的大气压力。视觉观察,以及这些测量,共同促进这些耦合的空气流的调查过程。

3.1。不饱和水渗透

最初由于入口附近的水压力梯度表面,水开始填充孔隙空间被取代和压缩空气相列内。在水边,区域接近饱和状态和一些被困的空气不断发展和推动空气的最后一列。试验。# 1 - # 3,如图2,一个更深的蓝色表示更大程度的含水饱和度 ,允许我们大约区分三个特定区域的色泽,指饱和区(方法1),过渡区(在初始水饱和度但低于1),和不变区(等于初始饱和度)的价值。

显著差异之间的过渡区长度在不同的测试可以观察到。对于每个测试,随着时间的推移,过渡区逐渐成为更广泛的(过渡区试验。# 1 - # 3是8、13和21厘米,分别)。有趣的是,相比之下产生的过渡区宽度之间的试验。# 1 - # 3,从图2,实验# 3最大的过渡区宽度在每个选定的时间步(2、14和21厘米 ,分别),而最低的宽度可以从实验测量# 1(2、6和8厘米 ,分别)。这些表明,渗透过程与不同的通风口打开有极大的不同。进一步分析和解释这些特性,试验的定量测量。# 1 - # 3了。

水入侵的time-saturation曲线在点P₁- p₃绘制在图3。可以看到,有一个逐渐增加的含水饱和度对所有点,最终达到一个峰值接近1在不同的时间。从图3,《纽约时报》当第一湿润锋到达点几乎是相同的与可视化(图2)。实验# 1相比,每一点,有一个增长和(时间从湿润饱和)对所有实验。特别是,比较实验# 1或外贸。# 3,增加到80%在点P₃(增加了外贸从13分钟。# 1为外贸117分钟。# 3)。

关于从入口打开通风的距离 ,实验与V # 1₁开放给了最大的180厘米(列),其次是外贸。# 2 (V₂)和外贸。# 3 (V₃)。显然,结果数据2和3强烈建议的值之间存在着密切的关系和渗透过程的特点。具体来说,渗透在湿润锋到达率减慢 ,这延迟效应更加明显与一个小测试 ,就是明证:(i)从图2过渡区宽度,实验用最小的# 360厘米的大比其他任何时期这表明渗透速率最慢是测量;(2)试验。# 2和# 3 ( ),我们注意到在过渡区宽度显著增加通过的湿润锋 ;和(iii)三个实验增加,快速下降之后对所有点,显示相应的测试有更快速的渗透速率;最大的外贸。# 1生产的180厘米入渗率最高的三个。通过检查在空气压力变化的远端列(图4),我们了解了空气流动,进一步讨论的价值之间的关系 ,内部空气压力,流入的行为。

3.2。航空运输的过程

实验1 V与发泄₁开放,空气压力在柱端整个入渗过程中保持稳定在零表示没有空气压力增加柱一端(没有显示)。然而,从图4,实验2和实验# 3 ( ),大气压力的空气压力增加不同的山峰 ;实验2和实验# 3,分别产生了空气压力峰值26.03 kPa和28.01 kPa,小于30 kPa的固定入口水压。重要的是要注意,对于实验# 2和外贸。# 3,气压不显示瞬时增加初水渗透;从测量,初步形成空气的压力74分钟的延迟和外贸16分钟。# 2和外贸。# 3,分别符合时代,湿润锋第一次到达打开通风 ,表明气压的增加并没有发生,直到湿润锋通过打开通风(事实上,在非饱和区空气压降可能被识别;这种行为将进一步讨论)。显然,越接近开放通风入口(更小 ),是空气压力的峰值越高和长时间的空气压力开始增加 。

同样重要的是要注意,列系统 ,一旦水经过最后打开通风,空气的流动会阻碍这种发泄的连续水相。假设所有空气被困在无法逃脱,被压缩的前沿,可以计算理论空气压力峰值。比较这些值和空气压力的测量表明,空气的一部分之外必须从系统中排放通过开放喷口后面前面(在讨论更多的细节)。有趣的是,如图4为试验,气压突然下降。# 2和# 3( 外贸。# 2; 外贸。# 3)测量;压缩空气的压力可能阶段(保持顶部的水平列)会增加到一个临界值( 外贸。# 2; 外贸。# 3)允许空气逃脱最后打开通风。在空气压力下降,空气外流率预计将超过水流入率。奇点在空气压力在这个时期是一致的视觉观察,连续排气后最后开放的空气从排气口前最后开放了发泄。这段时间后,水的自吸速率超过的速度逃离的空气,增加空气压力的时期之后,最后停留在峰值。

在图5,累积水喝试验。# 1 - # 3在不同时期进行了比较。对于所有的测试,随着时间的增加,逐渐增加之后,然后保持在不同的高峰值的测试,表明三个实验间的流动行为的差异自吸时间可能是重要的。与一个小实验产生一个更小的峰值流入(水吸收知识的总量),峰值水喝~ 392.04厘米³和~ 366.52厘米³系统用180厘米和120厘米,分别与~ 319.08厘米³系统 。它也是有趣的,如图5,流入率骤降(积水吸收了与时间曲线的斜率)发生或外贸。# 2和实验3号在这里定义为一个特定的时间(注意,这个行为没有外贸。# 1)。这种突变可能湿润锋的结果只是路过打开通风 ,随着测量分别是77分和18分钟或外贸。# 2和外贸。# 3,符合湿润锋的时间第一次到达各自的开放发泄 。这一结果表明,之前 ,空气孔流离失所入侵水很容易逃避打开通风,没有空气压力增加,因此,流入三人之间的差异相对较小。然而,在这一时期,前沿打开通风,空气通过的阶段是推动和压缩,导致水下渗率降低。这就是为什么极其不同的流动行为的三个实验中可以观察到。结果在图5证据,再次,水平不饱和砂柱渗透过程是密切相关的位置通风空气可以逃脱。

虽然上述结果并报告流入行为和内部气压的差异之间的三个实验不同的通风口打开,只有一个排气排放空气,和使用多个喷口的性能还不是很清楚。问题是:可以使用多个通风口强烈影响涌水量行为和内部空气压力?为了解决这个问题,我们进行了两个额外的渗透实验有三个(打开V₁,V₂V₃外贸。# 4)或两个(V₂和V₃实验# 5)不同的通风口打开。

检查空气压力随时间变化(图中未显示)在实验# 4显示没有增加空气压力在整个入渗过程,类似于实验1的结果。图6显示一个复制的实验在图24,但V的发泄₃从入口在60厘米。一个有趣的观察是,尽管出口之间的差异打开通风口。# 2和外贸。# 5,空气压力的时间开始累积两个大约是相同的和等于约75分钟。此外,它也是有趣的相似之处的气压实验2和实验之间# 5也可以观察发作后的空气压力增加(气压的差异曲线与时间之间的两个小),与接近高峰时气压差异变得明显(等于26.03 kPa实验# 2,大于出口。# 5 )。显然,气压的差异变化与实验2和实验之间的时间# 5整个入渗过程中相对较小。

此外,随着时间的推移累积水喝的比较实验1和实验之间# 4,以及实验2和实验之间# 5,都是绘制在图7。很明显从图7(一),尽管实验# 4的两个通风口打开(V₂和V₃)实验# 1相比,区别在水中吸收了实验1和实验之间# 4是微妙的渗透。此外,从图7 (b),有趣的是,前75分钟(时间对应的空气压力,大气压力保持不变),水吸收了曲线实验的# 5相似,实际上与实验相比,# 2。在这一时期,尽管突然减少流入率在两个实验中,观察到流入曲线无法收敛,流入达到顶峰~ 366.52厘米³实验2,比实验与峰值流入# 5~ 344.58厘米³。

关于开放发泄最远的入口,其入口的距离是在这里定义的 ,即。,180 cm for Expt. #1 and Expt. #4, 120 cm for Expt. #2 and Expt. #5, and 60 cm for Expt. #3. It is interesting to consider the relationship between the value of和渗透过程的特性。数据的结果6和7表明,即使打开通风口是不同的,非常相似的润湿过程观察列相同的系统 ,就是明证:(i)涌水量和空气压力的曲线随时间变化非常相似实验1和实验之间# 4(相同180厘米);(2)比较实验与实验# 5 # 2,尽管差异打开通风口,润湿过程实验# 5120厘米,一般来说,也类似于外贸。# 2相同 。这些结果表明,对于任何特定的列系统,最后打开通风的位置是一个关键的影响因素的特点,渗透过程。越接近最后开放入口,是空气压力的峰值越高,导致一个更小的空气约束效应和较慢的润湿过程。同样重要的是要注意,列相同的系统 ,使用多个通风口也应该更有效地减少空气压力的效果。

描述包装的水力性能,我们选择从实验测量水饱和度数据# 1(气流可以忽略)来确定两个未知数和范Genuchten模型,被广泛用于描述工程水土特征曲线如下(31日]:

非饱和导水率的定义是VG模型 在哪里 饱和导水率取决于落差测试;含水饱和度的有效程度, ; 和分别是残余和饱和体积含水量;空气入口压力的倒数;孔隙大小分布的测量;和 ( )。

有四个未知数VG的实证模型,即 , , ,和 。的参数可以通过更高的估计矩阵吸入(例如,1.5 MPa)。的参数和适合使用的土壤水分特征曲线。我们首先假设未知的搜索区间,所选择的点和含水饱和度的预测是通过单相不饱和流建模(理查兹方程)。土壤水力参数的估计向量 ,和数学模型参数的反演 规范值 对应于最小二乘法,是最常见的方法进行非线性拟合,是衡量水饱和度点吗在时间 , 相应的数值预测,是加权值。优化目标函数 。

未知数的值确定使用Levenberg-Marquardt算法对最小二乘估计的非线性参数。测量参数 和 ,和安装参数 和 。

从上面的结果,孔隙非饱和区中的空气在一定程度上压缩了入侵的水,导致气压的增加,然后,孔隙此时空气被水逐渐取代。当这个点方法的毛孔被水浸透的状态,从连续过渡到一个离散状态可能发生在毛孔残留空气,呈现在图8。从古典Young-Laplace毛细管流体静力学理论,气相和液相之间的一个平衡接口(或两种非混相流体)由于毛细管力作用下被一个方程: 在哪里 ( )表面张力,是每一个点的平均曲率的接口,然后呢和相应的主曲率半径。

连续的空气在毛孔变得不连续时,如果我们知道saturation-capillary压力或空气压力和水压力变化的关系随着时间的推移,气泡的数量单位体积可以被估计。例如,在实验# 1,我们假设气泡的平均半径在土壤孔隙,点P的含水饱和度₃是 在 ,和占用的空间离散的泡沫在单位体积( )是 ,用毛细管压力513 Pa saturation-capillary压力关系, 是样品孔隙度。在点P平均气泡半径₃通过用毛细管压力吗 在方程(4),也就是说, 导致意味着泡沫体积 。因此,单位体积内的气泡的数量或外贸。# 1点P₃在 是 。

4所示。讨论

许多研究者试图使用喷口平衡土壤空气与大气,在动态排水测试(23,32,33)和动态渗透测试(23,24]。他们报道,喷口可以影响不饱和多孔介质流的功能作为空气入口或出口,但在他们的动态实验,通风口的有效性尚不清楚与大气压力孔隙气压平衡。有趣的是考虑到快速排水实验侯et al。29日]。侯等人进行动态排水实验和建模在非饱和土柱额外发泄在中间高度的垂直列通风开放之初测试(注意,发泄是连接到进气空气源,而不是周围的气氛)。在动态排水实验中,发泄未能与进气气压平衡孔,和重要的内部空气压力下降被观察到。

在我们动态渗透实验,从数字4和6前,所有组合的通风口打开,湿润锋通过了最远的打开排气口( ),缺乏空气压力的增长表明,在这个时期,通风口的实验能够平衡土壤空气压力与大气压力。然而,根据调查结果提出了侯et al。29日],它还应该注意,如果饱和介质的变化,动态流动的液体会产生内部空气压力梯度介质,即使有一个功能健全的发泄。因此,在动态条件下,是不可能有一个完整的空气压力平衡通风和空气孔。基于测量空气压力数据,例如,在实验# 3,在饱和前通过了最远的打开通风(V₃从上面的测量(图)4),气压的差异之间的列,发泄V₃低到可以忽略( ),虽然这并不是真正的发泄V之间₃和前面的空气孔隙前面( )。在此期间的任何时候,总压强的大小下降的不饱和部分填充柱(从饱和前的最后列)可以评估方程:

如果饱和前位置和流入速度是已知的在特定的时间,通过假设一个完整的位移,可以表示为 在哪里在饱和水的压力面前, 从VG模型被认为是近似的倒数空气入口压力在VG模型中,测量水29812 Pa的进气压力,是渗透速率,水饱和带的长度, 是水的密度, 包装的饱和导水率。

在实验3号用一个发泄在60厘米的入口,从测量含水饱和度(图3)和累积水喝(图5),流入率和饱和区长度时第一次到达点P₁( )分别是, 和 ,导致 。通过使用相同的方法,计算空气压力下降表明,在所有的渗透实验,总不饱和内气体压力降的大小的部分列不超过约3000 Pa在任何时候,远远低于进口水压力之前强烈表明,前面到达最远的打开通风,内部粘性气压下降不会将显著影响动态渗透,打开通风口有效工作。

此外,重要的是要注意,方程(6)和(7)才有效,直到前面到达最远的打开通风,因为这段时间后,测量累积水吸收知识和视觉观察表明,空气阶段可能是不断累积的顶部水平列,有一个持续的从最后开放发泄发泄的空气,已在前一节中指出。此外,从数据4和6,逐渐增加空气压力显然表明,尽管通风口能够影响行为通过气流网点,他们不能平衡孔隙气压与周围大气一旦水边通过发泄。

测量空气压力在列点可以提供一种测量总压力降在自吸。因此,许多附加试验的气体压力传感器安装在柱中点进行测量气体压力的中点列(请参考提供的气体压力测量方法侯et al。29日]);然而,所有这些努力失败由于空气泄漏。这是因为,相比动态排水实验侯et al .,这项工作的所有动态实验水平渗透和关注不同空气边界条件在水渗透的影响,那么完美的控制空气边界条件更加困难。报道在侯et al。29日),他们得到一个方程来评估总压力降的大小到前面的垂直排水。这一事实之间有一个好的协议的测量结果和预测价值证明等式,也证实了方程的有效性(7),因为方程来评估总压降的水平渗透在这个工作的基础上推导出侯等人的工作。

显然,如果列是渗透在空气中,这些喷口预计将显著降低渗透期间内部空气压力的影响。结果,空气压力增加是缺席的减速效果整个入渗过程,不应该影响渗透行为,一些研究人员的发现是一致的(2,22,24]。但是,与开口的情况下,空气和水流过程耦合的列与密闭可分为两个完全不同的时期结束。湿润锋前经过最后打开通风,流离失所的空气将自由退出打开通风口,和内部空气压力对制动动态渗透的影响可以忽略不计。后这段时间,大概,有流动的空气回到沿着水平列顶部的发泄,但流动限制是因为水饱和度高,其余的空气在前面将逐渐压缩和限制,和伟大的空气压力增加凸显了重要作用的延迟水渗透的空气压力增加。图9说明负责气流的作用机制在水中水平渗透在空气系统。

同样重要的是要注意,列系统与air-permeable结束( ),从测量,几乎所有的空气可以逃离的列最后实验。为 ,空气的流动到最后发泄会阻碍连续水相一旦经过这发泄。比较的值理论峰值气压空气压力的测量表明,部分空气以外必须逃离列系统通过开放通风口在湿润锋的后面。基于测量数据,我们可以计算的空气量会发泄和压缩 在整个入渗过程;例如,在实验# 3,从图5~ 319.1厘米³水的花季最初约406.6厘米³的空气 ,在哪里的总体积是1272.3厘米的包装吗³,是初始水饱和度(0.32),然后呢是样品孔隙度(0.47)。因此,如果没有空气流出水过后V₃直到 ,毛孔会被压缩的空气从约406.6厘米³来 。这将增加的压力 绝对的。由于空气压力峰值是只有129.01 kPa绝对从图4摩尔比,最后的摩尔数, ,初始摩尔的空气, ,是 。所以大约73%的空气被排放空气压缩的(27%)。的总量排放空气在大气压力 。通过使用相同的方法,大量的空气被排放( )在试验期间。# 1、# 2、# 4和# 5,分别为96%(392厘米³(356.2厘米),88%³(396.5厘米),98%³(329.6厘米),和81%³)。显然,试验。# 1和# 4 ( )产量最大的 ,其次是试验。# 2和# 5 ( )和实验# 3 ( ),强烈建议最后开放近火山口进水口(低 ),毛孔的大数量的空气将被压缩和裹入;这是符合空气压力的结果,更大的峰值测量空气压力也更近 。

从上面的讨论, ,由于空气的存在被困,喝水量将平均含水饱和度小于1.0的实验。然而,在图3,水饱和去1.0 P值₁P₂和P₃。大概,这在一定程度上是因为最后测量含水饱和度只有在170厘米,而不是柱一端(180厘米)。更重要的是,大部分的空气被困可能积累在顶部水平列的一部分,但测量探针插入中间的水平列。因此,此次调查是仅用于测量样品的中间部分。此外,不锈钢套与柱端可能有少量的存储空间包含困空气,即使它有一个最低死体积,也可能有一个小的贡献这一现象。

一般来说,在一个列和一个封闭的系统,需要小心谨慎的空气隔离效果,这可能会产生巨大的影响延迟动态渗透的水。这种空气隔离效应可能会依赖于通风位置等因素,列大小,流入率、渗透率和沙子。还应该注意的是,对于一个特定的实验中,不同时期的通风有效性可以显著不同的渗透和强烈依赖于水边的发展。

5。结论

我们执行五个动态渗透实验水平沙列在考虑各种密闭条件使用一个或多个通风口,重点是内部空气压力之间的交互,流入行为,通风性能,内部气泡的效果。这项试验研究的结果表明,非饱和多孔介质的渗透行为不同的密封条件可以显著不同的影响内部空气压力和空气压力效应强烈控制的距离最远的空气通风空气能够逃避。

结束在列系统是开放的,气压效应预计不会影响涌水量的行为因为压力的累积足够低整个入渗过程中被忽略。在一个列和一个封闭的系统,在水边经过最后打开通风,内部空气压力影响制动水渗透也可以忽略不计;然而,在此期间,其余的空气在前面将逐步压缩和限制;显著上升的空气压力凸显了空气压缩在延缓水渗透的作用。

发泄对涌水量的影响是强烈依赖于水的发展方面,可分为两个时期。最后开放前通过发泄之前,流离失所的空气将自由退出开放气孔,因此,土壤空气压力之间存在一个平衡和大气压力。后这段时间,喷口仍然可以作为空气出口,他们不能平衡孔空气与大气。大气压力的空气压力增加不同的山峰。越接近最后打开通风是进水口,越大的毛孔会禁锢和压缩空气,产生更大的空气压力峰值和更强的阻碍影响涌水量。此外,对于列相同的系统最后打开通风,使用多个通风口预计将更有效地减少内部空气压力的影响。

某些方面需要进一步研究,特别是关于动态渗透或排水与低渗透性不饱和多孔介质层的潜在影响线性或非线性变形的低渗透性层空气流是可能的,不能排除。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果中包括文件的补充信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的主要研究计划中国国家自然科学基金(项目:地下水流入雅鲁藏布Zanbo河及其进化,批准号91747204)。作者也感激感激中国三峡大学的资助(批准号XLD / 2118),中央大学资助基础研究基金(批准号2017 b607x14),和中国的资助奖学金委员会。

补充材料

补充文件(文件名:实验data.zip):实验数据包括5个数据文件(文件名:图3 - 7).xlsx格式,相应的数据使用的实验数据3- - - - - -7在手稿。(补充材料)

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