降雨灌溉蒸发条件下苹果园土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学原理和果树根区土壤水分运动特点,建立了降雨灌溉蒸发条件下含根系吸水项的二维土壤水分运动数学模型,采用有限元法求解,对降雨灌溉蒸发条件下的地表边界条件进行处理.在田间进行了灌溉蒸发条件下果园土壤水分运动验证试验,采用田间实测土壤含水率分布资料对模型进行验证,结果表明模拟值与实测值吻合较好,所建的根区土壤水分运动模型是正确的,采用有限元法求解是可行的,该模型可用于预测果园田间土壤水分运动.     

蓄水坑灌单坑土壤水分运动模型的有限体积法求解

基于土壤水分运动的动力学方程,建立了蓄水坑灌单坑土壤水分运动的数学模型及边界条件,利用有限体积法对模型进行了求解.为了验证所建模型的准确性,在室内进行了蓄水单坑水分入渗试验.模拟结果和试验结果的对比表明,土壤湿润锋和含水率的模拟值与实测值吻合较好,说明所建立的蓄水单坑二维土壤水分运动模型是正确的,采用有限体积法求解是可行的.该模型可作为预测蓄水坑灌条件下单坑土壤水分运动的有效工具.     

不同入渗水头条件下土壤水分运动数值模拟

在分析入渗水头对土壤水分入渗影响的基础上,提出了分层计算假定,建立了不同入渗水头作用下土壤水分运动数学模型,并采用差分法进行求解.在室内进行了不同入渗水头土壤水分入渗验证试验,结果表明,模型计算土壤含水率与试验实测值具有较高一致性,最大相对误差为4.8％,表明所建立的不同入渗水头作用下土壤水分运动数学模型是正确的,求解方法是可行的.     

基于格子玻尔兹曼法的TOPMODEL建模与应用

依据Freeze和Harlan的水文模型蓝图思想改进TOPMODEL,在模型构建过程中利用格子玻尔兹曼法(LBM)建立汇流过程的数值模型,采用达西公式数值模型求解饱和区土壤水运动方程,运用LBM法五速模型求解非饱和区理查兹运动方程,进而构建基于栅格的分布式LBMGTOPMODEL。模型的产流方法融合了蓄满产流理论和超渗产流理论,考虑了土壤水分剖面、土壤各向异性和地形坡度等对流域产流的影响;模型的汇流方法利用地貌水文学理论,寻求水文过程与流域地形地貌的相互作用及定量关系,此模型在汇流过程中将地貌因素与水动力扩散相结合以描述坡面水流运动,解决了坡面水流的流量分配问题。以中汤流域为对象进行水文模拟应用研究,验证得到确定性系数在0.547~0.883之间,平均值为0.725,结果良好,说明模型较为可靠。     

降雨条件下旱地土壤水分运动的数值模拟

以土壤水动力学原理为基础，研究降雨条件下旱地土壤水分的运动规律，建立了一维垂直非饱和土壤水分运动的数学模型，采用有限差分法FDM求解数学模型。模型检验表明，试验实测数据与模型计算值吻合较好，说明所建立的模型是可行的。     

红壤涌泉灌水分入渗试验及数值模拟

为了探索红壤涌泉灌的水分入渗规律,进行了不同流量下涌泉灌的水分入渗试验,依据非饱和土壤水分运动理论建立土壤入渗数学模型,采用软件HYDRUS-3D进行了求解,在模型验证后,采用数值模拟方法研究土壤水分入渗运动。模型验证说明:土壤含水率的模拟值与实测值相对误差较小,两种结果的吻合度比较高,涌泉灌土壤水分运动可以用该模型来模拟。数值模拟结果说明:随流量的增加,土壤水分运动特征值随之增大;随着时间的延长增减的幅度变小;入流量越大,湿润锋运移速度越快,土壤含水率增加的速率越大;当入渗达到稳定时,土壤含水率与流量呈等比例增加的关系。     

微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟

为提高微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟精度,建立了含有第3类边界条件的二维微孔渗灌土壤水分运动数学模型,着重论述了微孔管3类边界条件处理的流速分解法,并采用ADI交替方向隐式差分法求解数学模型。室内试验结果表明,在渗灌管边界,模拟计算结果的相对误差在6.7%以内,远离渗灌管的地方误差更小,实测值与模拟值二者吻合较好。说明建立的数学模型、边界条件和求解方法具有较高的精度,提出的微孔管边界处理的流速分解法具有可行性,可用来模拟各种因素(微孔管特性、供水特性与土壤特性)影响下微孔渗灌条件下的土壤水分运动。     

膜孔灌土壤湿润体水分分布与人渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了膜孔灌土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-3D软件进行求解,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理.用所建立的模型和方法对一定灌水技术要素组合下的土壤湿润体水分分布、膜孔入渗量进行数值模拟,结果表明:除膜孔间距大时,膜孔附近土壤水分分布不均匀程度增大外,土壤质地、容积密度、初始含水率、膜孔直径和灌溉水深对膜孔灌土壤水分分布模式影响较小.土壤质地、容积密度对膜孔灌的入渗特性影响显著,土壤初始含水率和灌溉水深对其影响较小.膜孔控制区域内的平均入渗水深主要受开孔率和膜孔直径的影响.     

降雨入渗补给量计算的数值模拟方

基于土壤水运动的物理过程，提出了降雨入渗补给地下水的计算模型。该模型以超渗产流和蓄满产流的混合产流模式计算地表产流量，以双层土壤蒸发模式和植物蒸散发机制计算蒸散发量，并在考虑大孔隙对土壤水运动影响的基础上，采用一维土壤水运动分层计算模型模拟土壤水运动。利用零通量面法确定非饱和土壤渗透系数、土壤水分率定模型其它参数。利用江苏徐州汉王水文试验站蒸渗仪实测资料对模型计算的入渗补给量进行了检验，结果表明，模型可以较好地模拟以土壤水运动为核心的水文过程及降雨入渗补给量。     

冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟

冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法求解。利用不同深度灌水冬小麦试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤含水率与实测土壤含水率的动态变化趋势一致,二者显著相关,相关系数在0.90以上,模型平均绝对误差最大值为0.023 cm3/cm3,平均相对误差最大值为8.22%,均方根误差最大值为0.03 cm3/cm3。所建模型具有较高的模拟精度,可用于模拟不同深度灌水条件下冬小麦土壤水分分布与动态变化。     

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。     

免耕覆盖条件下田间土壤水分入渗的二维数值模拟研究

根据土壤水动力学基本原理,建立了秸秆覆盖条件下夏玉米SPAC系统中二维土壤水分入渗模型,应用该模型采用ADI法对辽宁地区秸秆覆盖条件下玉米田间土壤水分入渗过程进行模拟计算。模拟结果再现田间土壤水分入渗过程,同时显示产流与未产流情况试验数据与模拟值均有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内,所构建模型可用于覆盖条件下土壤水分运动规律的研究。     

华北冬小麦-夏玉米农田水分动态模拟研究

冬小麦-夏玉米连作是华北地区主要的粮食作物种植模式。根据华北季节性冻土区的特点,将全年划分为作物生长期与越冬期,分别建立了作物生长条件下农田水分运移模型、冻融条件下土壤水热运移模型。前一模型主要包括参照腾发量计算、腾发量分配、作物根系吸水、土壤表面蒸发、土壤水分特征参数和土壤水分运动等子模型;后一模型主要包括冻土水热耦舍迁移、地气水热交换等子模型。应用以上模型对冬小麦-夏玉米连作条件下的土壤水分过程进行模拟,根据北京永乐店试验资料对模型进行检验。模拟了不同降水水平年、不同灌溉处理下的农田灌溉制度及土壤水分过程,分析了降水、灌溉对农田蒸散、土壤水利用、深层渗漏等的影响。     

蓄水多坑入渗条件下土壤水分运动建模与试

针对蓄水坑灌坑内水头高且非恒定和土壤入渗边界复杂的特点,建立了蓄水多坑三维入渗及土壤水分运动数学模型,采用ADI交替方向隐式差分格式结合Gauess-Seidel迭代法对模型进行求解,并进行了试验验证,结果表明计算值与实测值吻合较好,说明所建立的数学模型正确,采用的数值求解方法是可行的.     

惠民县微咸水灌溉区土壤水盐运移数值模拟及分析

为合理利用水资源、保证地下水盐环境,以惠民县桑落墅项目区为研究对象,运用HYDRUS软件,构建了土壤水盐运移数值模型,并在微咸水灌溉条件下对该地区土壤水盐运移进行了数值模拟和分析。结果表明,HYDRUS模型可以较好对土壤水盐运移规律进行模拟,按照淡水-微咸水-淡水顺序灌溉,每次灌后土壤湿润层积盐位置分别离土壤表层40、40、20 cm。5月土壤含盐量最低,4月土壤含盐量较3、5月偏高。3月土壤含水率最低,5月较3、4月要高。3、4、5月,研究区地下水埋深变化范围为0.7~3.5 m。研究区域土壤属于轻度盐渍化。     

滴灌条件下黄棕壤土水分运动规律研究

试验研究了不同滴速、初始含水率和容重条件下,黄棕壤土水分运动规律,并分别分析了0～5 cm、5～10cm、10～15 cm水平和垂直方向土层含水率的相关性和变异系数.结果表明:滴速、初始含水率和容重均对水分运动有明显影响;水分水平和垂直扩散距离与入渗时间之间呈多项式关系,且R<'2>在0.9以上;滴灌量相同滴速为3.0 L/h在滴灌过程中出现大面积积水.土壤垂直方向0～5 cm与5～10 cm含水率之间的相关性为0.883,而5～10 cm与10～15 cm的相关性则只有0.467;水平方向上5～10 cm含水率不仅变异系数高而且与相邻的0～5 cm、10～15 cm的相关性均较低,分别是0.366和0.472.因此对于黄棕壤土合理的滴速应选择在2.0～2.5 L/h范围内,土壤水分传感器埋设在距离滴头水平方向5 cm、垂直方向10 cm处比较合理.     

供水压力对微孔陶瓷渗灌土壤水分运移的影响

为探明供水压力对微孔陶瓷灌水器灌水条件下土壤水分运移规律的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了3个压力水平下的微孔陶瓷灌水器灌水时的土壤水分入渗特征。研究结果表明,微孔陶瓷灌过程中,供水压力是决定土壤水分初始入渗速率和累计入渗量的关键因素,且供水压力越大,土壤水分初期入渗速率越大,最终累计入渗量也越大;微孔陶瓷渗灌形成的湿润体轮廓为上下不对称的椭球体,湿润锋在各方向上的运移距离与时间呈幂函数关系,其中入渗向上距离水平距离向下距离,供水压力越大,水平最大入渗半径距离灌水器底部距离越远;供水压力对土壤含水分分布影响较大,供水压力越大,灌水器周围含水率越高,高含水率区域越大。在各供水压力水平下,微孔陶瓷渗灌形成的湿润体大小和含水率均能满足作物根系吸水需求。     

入渗、再分布和蒸发条件下一维土壤水运动的数值模拟

采用数值法求解非饱和土壤水分运动的Richards方程可采用不同的初始和边界条件,实现复杂条件下水分运动过程的预测。在确定入渗、再分布及蒸发的初始和边界条件基础上,采用隐式差分格式列出差分方程,对垂直一维积水入渗、半无限土体再分布及半无限土体裸土蒸发的水分运动过程进行数值模拟,模拟结果与实测资料的比较表明,就入渗湿润锋、累积入渗量的时间变化趋势及入渗、再分布和蒸发的土壤含水率剖面而言,其实测值与计算值比较符合,说明采用的算法、水分特征曲线模型和其它参数都是合理的,该方法可用来描述水分运动特征。     

膜缝灌入渗特性的数值模拟及简化模型研究

基于非饱和土壤水运动的基本方程建立了膜缝灌的土壤水分运动基本方程,利用SWMS-3D软件模拟了不同处理下膜缝灌的累积入渗量及土壤湿润体含水量分布,模拟值与实测值比较接近,表明所建模型能较好的表征膜缝灌的土壤水分运动。分析了不同要素组合下膜缝灌的入渗特性、土壤湿润体水分分布和平均入渗水深,在此基础上建立了膜缝灌的平均入渗水深简化模型,试验验证结果分析表明所建膜缝灌平均入渗水深简化模型可用于计算膜缝灌平均入渗水深。