涌灌条件下非饱和土壤水分运动的数值模拟

基于非饱和土壤水动力学理论,通过计算机模拟方法,应用HYDRUS-3D软件建立了地下涌流根灌土壤水分轴对称三维数值模型,采用Galerkin有限元分析法对土壤水分运动状况进行了数值模拟。利用土壤入渗试验剖面含水率指标的实测值与模拟值来验证模型的正确性。结果表明,相对误差基本在10%以内,吻合良好,表明所建模型可以用于分析供试土壤条件下水分运动状况,可为涌流灌溉系统的合理设计及运行提供一定的理论依据。     

设施茄子滴灌土壤水分运动数值模拟及验证分析

基于非饱和土壤水动力学理论及根系吸水模型,建立地面滴灌土壤水分运动数学模型,应用HYDRUS-2D模型模拟全生育期不同灌水处理条件下设施茄子滴灌土壤水分动态变化,结果表明：土壤含水量模拟值与实测值之间具有较好的一致性,所建地面滴灌土壤水分运动数学模型能较好地反映滴灌条件下茄子土壤水分运动规律。     

地下滴灌土壤水分运动数值模拟

基于土壤水动力学原理,建立了针对地下滴灌(SDI)具体条件下土壤水分运动的数学模型。对建立的特定模型进行了ADI交替隐式差分求解。模拟计算结果得到了室内试验的验证。     

地表下滴灌土壤水分运动数值模拟

地表下滴灌土壤水分运动数值模拟地表下滴灌是滴灌灌水技术发展中出现的一种改进的灌水方式，经验表明，它具有很多优点。然而，在此条件下有关土壤水分运动规律的研究十分有限，一定程度上阻碍．了这一灌水方法的发展。该文利用数值模拟的方法，研究了不同灌水条件对土壤...     

微润灌多重变水头下土壤水分动态演变与数值模拟

为研究水头多重调控下微润管出流与土壤水分运移规律,进行了不同水头调控模式下微润灌入渗试验,设置调增(0→1 m(水头由0 m调节到1 m,以下类推)、0→2 m、1→2 m)和调减水头(1→0 m、2→0 m、2→1 m),研究微润管出流、湿润体及含水率变化规律;将微润管假定为多孔介质重黏土,利用HYDRUS 2D模型对水头多重调控下微润管出流和土壤水分运移进行了模拟,据此分析了多重变水头情景下微润灌土壤水分动态规律。结果表明,水头调节显著改变累积入渗量、入渗率与时间关系曲线,累积入渗量曲线呈折线型,曲线斜率随着调增或调减而有规律增减;水头调节导致入渗率发生骤增或骤降,稳定入渗率与水头存在线性正相关关系。调增水头时湿润锋内含水率骤升,正向反馈显著;水头调减后管周含水率微弱下降后逐渐回升。将微润管模拟为质地黏重的多孔介质,基于HYDRUS 2D模型较好地模拟了微润管出流及水分运移,优度较好(决定系数R²≥0.90,纳什效率系数(NSE)大于等于0.70,相对标准偏差(RSR)趋近于0)。构建了多重水头调控模式(0→1→2 m、0→2→1 m、1→0→2 m、1→2→...     

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。     

基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动模拟

为研究负压微润灌不同技术参数组合下的土壤水分运动过程,以土箱试验实测含水率为依据,构建并验证了基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动反演模型,并结合反演模型对负压微润灌多种组合情景的土壤湿润体模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,探究适宜于不同设施作物的负压微润灌技术参数组合.结果表明:采用HYDRUS...     

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Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

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。     

干旱区枣园土壤水分运动及深层渗漏数值模拟

根据TRIME与Hydra土壤水分监测仪监测枣园土壤含水率、TRAC冠层仪测定叶面积指数、Vantagepro2气象站监测气象数据等资料,开展了枣园土壤水渗漏试验.借助HYDRUS-1D模型对枣园传统地面灌条件下的土壤水渗漏规律进行模拟,经检验,模型模拟土壤层20,40,60,80 cm时,土壤含水率模拟值与实测值相关系数分别为0.94,0.94,0.92,0.71.利用模型分析了研究区地面灌条件下的土壤水渗漏特征和田间灌溉水量的转化关系,改进灌溉模式可大幅减少灌溉水量,提高水分的利用效率.     

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。     

冬小麦土壤水分运动数值计算

基于示范区田间试验与数值模拟的方法,考虑冬小麦根系吸水的影响,建立了冬小麦田间土壤水分运动的数学模型;采用差分方法求解了数学模型,并进行了程序设计和程序验证;数值计算结果表明,实测值与计算值有较好的一致性;对不同灌水定额方案作了模拟计算,提出了冬小麦节水灌溉模式。     

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.     

膜下滴灌条件下绿洲棉田土壤水分运动数值模拟

应用非饱和土壤水运动理论,建立膜下滴灌条件下土壤水分运动二维数值模拟模型,研究了田间层状土壤在膜下滴灌条件下土壤水分运动特征.应用不同小区不同灌水处理的实测值与模拟值进行对比,同时对模型做了精度分析,结果表明符合精度要求,这说明所建立的模型能客观地反映实际土壤条件下的水分运动情况.研究结果表明:土壤剖面30～40 cm粘土层使土壤水分运动具有很大的差异,0～30 cm变化明显,而40 cm以下土壤水分运动的变化较小. 膜下滴灌应该采取灌水量小,频度大的灌溉模式.     

生物炭对微润灌土壤水分运动的影响

生物炭可以改善土壤的持水能力,通过室内土箱模拟试验,研究了不同生物炭添加量对微润灌累计入渗量、湿润锋运移距离和湿润体含水率的影响。结果表明,添加生物炭能显著降低微润灌累计入渗量,抑制微润灌土壤水分的向上运移,促进微润灌土壤水分的侧向和向下运移。土壤中添加生物炭后,提高了微润灌湿润土壤的含水率,且随着生物炭添加量的增加而增大。生物炭改良土壤后可以提高微润灌的节水能力。     

南疆成龄核桃滴灌条件下根区土壤水分运动数值模拟

【目的】探究南疆滴灌成龄核桃根系分布和根区土壤水分运动规律,为南疆成龄核桃灌溉制度的确立提供科学指导。【方法】以阿克苏地区进行地表滴灌的成龄核桃树为研究对象,基于Hydrus 2D软件进行地表滴灌条件下的土壤水分数值模拟研究。【结果】①水平方向根系主要分布在0～120 cm范围,垂直方向主要分布于0～60 cm范围。②滴灌带应布设于距树60 cm处;中水处理灌后垂直向浸润可达到60 cm,且均匀度87%。;③Hydrus 2D模型率定和验证精度较高,RMSE介于0.016～0.022cm~3/cm~3范围,Re介于0.04～0.12范围,R~2介于81.03%～97.19%范围,表明模型模拟土壤水分运移较可靠。【结论】在研究不同灌水定额条件下成龄核桃树的根系分布和土壤湿润区结合Hydrus2D模型,得出成龄核桃的滴灌带应布设于距树60cm处,灌溉定额为450m~3/hm~2的中水处理作为成龄核桃果树地表滴灌的指导灌溉定额。     

根区导灌条件下土壤水分分布特性模拟研究

为了揭示根区导灌条件下土壤水分分布特性,根据根区导灌土壤水分运动特点,建立了根区导灌条件下土壤水分运动数学模型,并在室内进行了根区导灌土壤水分运动模型试验,对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤水分分布与试验土壤水分分布一致,模型的平均绝对误差MAE、平均相对误差MRE和均方根误差RMSE分别为0.01 cm~3/cm~3、4.96%和0.013 cm~3/cm~3,说明模型具有较高的模拟精度,可用于根区导灌土壤水分分布模拟。并采用验证后的数学模型模拟了不同导灌器长度和直径对根区导灌土壤水分分布特性的影响,结果表明导灌器长度越长,土壤水分在垂直方向分布越深,在水平径向分布越近,导灌器直径越大,土壤水分在垂直方向分布越浅,在水平径向分布越远。研究成果可为合理确定根区导灌灌水技术参数提供依据。     

计算机技术在土壤水分运动模拟中的应用

应用MATLAB编程模拟了土壤水分运动,通过实验对结果进行了验证,并利用动态链接库技术(DLL),运用VB对MATLAB程序进行了调用.该方法可以更加充分、高效地把计算机语言融入到求解土壤水分运动方面的相关问题中,取得了较好的效果.