参数平均方式对层状夹砂土壤积水入渗数值模拟的影响

为研究非饱和土壤水分运动方程中参数的平均方式对层状土水分运动数值模拟的影响,采用有限差分方法对Richards方程进行离散,并用MATLAB软件编程模拟层状夹砂土柱的薄层积水入渗过程。对差分网格中半节点参数的8种不同平均方式进行了数值模拟稳定性和精度的比较。结果表明:不同平均方式下湿润峰到达某一深度的时间与该处的土壤含水量增速呈负相关关系;间接算术平均和调和平均下的土壤含水率数值振荡较大;几何平均和三点平均2种方式下入渗率、累积入渗量和湿润锋误差相对较小。综合分析,几何平均和三点平均更适合层状夹砂土情况下薄层积水入渗过程的数值模拟。     

有限体积法在二维稳态对流扩散方程中的稳定性分析

基于非饱和土壤水盐运移模型属于对流扩散方程,将有限体积法应用到求解二维稳态对流扩散问题中。模拟结果表明,采用该数值方法在细密网格下可计算得到高精度的数值解,在稀疏网格条件下数值解与精确值吻合较好且稳定性强。这说明采用有限体积法模拟计算二维对流扩散方程是可行的,并且可将该方法应用到求解非饱和土壤水盐运移模型中。     

计算非饱和土壤水流问题的一种新差分格式

将求解对流占优Burgers方程的随流格式推广应用于计算非饱和土壤水流入渗问题。在Euler坐标系中,扩散项取中心差分格式,对流项中的空间偏导数取迎风格式,而对流速度取为随流迎风格式。算例表明,这样构造的差分格式精度高于传统格式。     

一种改进的土壤水分特征曲线模型及其验证

土壤水分特征曲线是土壤水分与溶质运移模型必需的输入参数。本文在传统的van Genuchten模型和Campbell模型的基础上,提出了一种基于自适应权重的土壤水分特征曲线改进模型。验证发现,改进模型适用性更强,且能获得更好的模拟效果。特别是,改进模型为一个连续可微函数,能够满足非饱和土壤水流Richards方程数值求解的前提,因而具有较大的推广应用潜力。     

非定常欠膨胀射流的间断有限元模拟

采用间断有限元方法对非定常欠膨胀射流进行了数值模拟,将二维守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,对欠膨胀射流问题进行了数值计算。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉到包括激波、滑移线、涡环和多级马赫盘等复杂流场结构,与实验照片反映的流动特征吻合较好。此外,两个马赫盘的位置与其他数值结果和实验测量结果吻合很好,表明该方法具有很好的鲁棒性,对非定常欠膨胀燃气射流的数值模拟是有效的。     

黄土地区水土保持林地土壤入渗规律的研究

运用土壤物理学和土壤水动力学的理论和方法对晋西黄土地区水土保持林地土壤入渗进行了分析和计算，用Ｐｈｉｌｉｐ半解析迭代、递推的方法，求出了不同林地的Ｚ（θ，ｔ）函数和入渗方程。通过对理论公式计算值和实测值的比较，发现二者吻合甚好，证明所求的非饱和土壤水分运动方程的Ｐｈｉｌｉｐ解反映了研究地区土壤入渗的基本规律。同时计算结果表明，对于该研究地区的各种地类Ｐｈｉｉｉｐ入渗方程级数解，只取前三项即可满足精度要求。     

非饱和土壤水分一维运动的数值模拟

以土壤水动力学原理为基础,利用有限差分法,建立了垂直方向上非饱和土壤水分一维运动的数值模型,用以模拟均质土壤在不同初始与边界条件下的水分运动。程序使用面向对象编程的VisualBasic高级程序设计语言编写,并通过验证。该模型可以模拟降水和灌溉入渗以及蒸发条件下的土壤水分在垂直剖面上的分布情况。     

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。     

预报校正法在非饱和土壤水分运动数值模拟中的应用

以土壤水动力学原理为基础,研究了垂直入渗条件下土壤水分运动规律。采用非迭代的预报校正法的差分法,对非饱和土壤水分运动过程进行了模拟。结果表明,试验实测数据与模拟计算值吻合较好。该方法可以用于实际土壤水分运动的预测和模拟。     

双时间分裂法在成品油顺序输送中的应用

两油品间的混油过程是二维对流占优的扩散过程,常用的数值方法存在较大的数值扩散或较大的非物理性振荡现象。将特征线方法和有限差分法相结合,提出了一种求解对流占优扩散方程新的数值解法——双时间分裂法。该方法具有计算速度快、存储量小且无条件稳定等优点。应用该算法对成品油顺序输送中的混油进行了分析,对对流占优扩散方程进行了求解,数值计算结果与实际操作经验相符,合理地解释了混油的形成与发展问题。     

两种土壤水分动态预测数值方法的应用

本文分别采用有限差分法（ＦＤＭ）和Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元方法（ＦＥＭ）求解非饱和土壤水分运动基本方程,采用ＦＯＲＴＲＡＮ７７语言编制了计算程序,并将计算程序对Ｗａｒｒｉｃｋ等试验状态下的土壤水分动态进行模拟对比,结果显示两程序具有较高精度,总体上ＦＥＭ和ＦＤＭ模拟结果均与试验值具有较好的一致性,但ＦＥＭ结果在湿润峰处较ＦＤＭ结果更接近试验值。表明这两种数值计算方法一般都能满足分析或预测土壤水分运动的要求。     

饱和—非饱和流溶质运移的实验及数值模拟研究

本文在水盐运移实验基础上,正确地采用了考虑土壤不动水体与吸附作用的溶质运移数学模型和以v为因变量的土壤水分数学模型。在非饱和蒸发条件下对各种求解溶质运移方程的数值方法进行了系统比较,采用了适合于本研究特征—饱和—非饱和流的特征—有限元法对灌溉入渗、蒸发和再分配条件下饱和—非饱和土壤溶质运移规律作了较系统的计算机数值模拟与预测研究。     

基于WASP5总磷反应原理的非恒定流二维水量水质耦合模型的建立及应用

为解决现状水体二维水质模型污染因子反应原理单一,将WASP5水质模型总磷循环的基本方程作为源项,建立采用有限体积法（FVM）配合通量向量分裂格式（FVS）水体二维水量水质耦合的数学模型,并应用于某湖区水体二维水域的水量水质数值模拟,模拟成果验证了该耦合模型具有较高的可靠性与实用性。     

壤中流形成机理的数学描述

壤中流作为径流基本成分之一已为许多国内外学者所证明，但由于其形成空间—包气带土层的物理性质及其构造的复杂性，以及土壤水运动方程解析法的多维局限性，很难用土壤水运动方程准确地加以描述，本文对包气带土层概化后用饱和下渗理论和非饱和下诊理论分析了等强度ｉ降雨的垂直入渗过程及壤中流的形成过程，继而总结出壤中流的形成机制及其产生的必要条件。     

紫色土水分一维水平运动的数值模拟

在不同条件下,土壤水分运动模型方程参数的取值和方程的解法不同。在室内对3种紫色土水分一维水平运动进行了模拟,并采用隐式差分格式分解Richards土壤水分一维水平运动的基本方程。模拟计算程序用Fortran语言编写．模拟出的土壤水分分布结果与实测值吻合较好;3种紫色土的累积入渗量（I）、入渗率（f）与湿润峰（Xf）的关系符合Philip数学模型;试验测得的数据还能较好地拟合3种土壤水分特征曲线模型,其中以指数式和幂函数式的模拟较好。所以研究认为运用Philip数学模型能较好的表达紫色土水分运动的基本规律。     

明渠非恒定急变流断波要素的计算

在数学推导的基础上 ,建立了工程实际中最为常见的棱柱体梯形断面明渠非恒定急变流断波要素的水力计算公式 ,并将其简化为关于波高的高次代数方程 ,采用二分法求其数值解。对文中提出的公式和数值解法进行了验证。结果表明 ,给出的求解公式及计算方法是正确的 ,且稳定收敛、迅速准确     

迦辽金法在管道不稳定流动分析中的应用

针对输油管道系统的组成特点，将系统划分成基本组成单元，建立了油品在单元中不稳定流动方程，并综合考虑它们的边界条件、连接条件和初始条件，通过引入线性化系数，采用迦辽金方法讨论了求解问题。该方法既具有解析解法的特点，又具有数值解法的特点。当所划分的管道单元较大时，可以得到直观的近似解析解；当所划分的管道单元较小时，可以得到更准确的数值解。与常用解析法相比，该方法可适用于各种管道结构，因其可在不同的管道单元和不同时间层上计算线性化系数，从而可以提高求解的准确性。与其它数值解法相比，由于管道单元和时间步长的选取可大可小，各管道单元的大小也可以不一样，这就提高了求解的灵活性。以此为基础，编制了计算机软件，对某输油管道进行了实际模拟分析，获得了满意结果。     

Richards模型的推广研究

在单种群生长模型的基础上提出了多种群下的Richards模型,并对相关的参数给出了明确的生物学意义,认为该模型有效地包括了种群的竞争关系,偏利与偏害关系,共生与互惠关系等。同时,对两种群下的情况进行了稳定性分析,结果表明,两种群下的相互作用方程是该模型的一个特例,表明多种群下的Richards模型在一定程度上拓展了Richards模型的应用空间。最后对模型进行了一部分定性的讨论。     

基于Richards方程的杉木树高生长模型

利用Richards生长方程构建杉木Cunninghamia lanceolata树高生长模型。以福建省三明市将乐县国有林场杉木人工林为研究对象．基于15块杉木人工林标准地野外调查数据。在分析林分相对胸径（出）和相对树高（hR）规律的基础上,拟合了胸径．树高曲线、胸径一株数累积（％）曲线以及树高一株数累积（％）曲线。根据林分结构现状,应用SPSS20统计软件模拟了杉木树高生长模型。结果表明：在95％置信区间内,模型的相关指数达到了0．993,求得参数A=28．606,B=1．094．k=0．031,m=-0．466,且各参数的估计值符合杉木的生长规律。此模型大大提高了林木树高因子的模拟精度．并为实现森林资源的优化配置提供基础数据。图3表3参30