基于HYDRUS的微润灌溉线源入渗数值模拟

为探究微润灌溉在沙壤土中的入渗规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立1.0、1.5、2.0 m三种水头下微润灌溉土壤水分运动的数学模型。利用HYDRUS(2D/3D)软件对模型进行求解,求解结果表明:微润灌溉入渗流量随水头的增大而增大;湿润体沿渗灌管呈圆柱形分布,相同灌水时间下,湿润体大小随水头的增大而增大,湿润锋运移速率在灌水48 h内迅速减小,之后逐渐趋于稳定;含水率等值线为以渗灌管为中心的同心圆,平均含水率随水头的增大而增大,灌水均匀度随水头的增大而减小。为了验证软件模拟的精确性,将田间试验结果与模型模拟值进行对比,结果表明:模拟值与实测值无显著性差异,两者具有较好的一致性,说明HYDRUS软件可用于模拟微润灌溉条件下土壤水分运动及设计地下线源入渗灌水策略。     

温室滴灌线源土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学理论，考虑西红柿根系吸水，建立了西红柿生长条件下温室地表滴灌剖面二维土壤水分运动的数学模型。采用ADI法和Gauess-Seidel法联合求解数学模型，并进行了数值模拟。结果表明，温室土壤水负压的监测值与计算值有着较好的一致性。这对温室地表滴灌灌溉制度的制定具有一定的指导意义。     

蓄水坑灌条件下土壤水分运动的数值模拟

本文以非饱和土壤水分运动理论为基础，根据蓄水坑灌法土壤水分入渗的特点，建立了蓄水坑灌条件土壤水分运动的数学模型，并用有限差分法进行求解。同时用试验资料对模型进行验证，并用模型计算结果分析了蓄水坑灌条件下土壤初始含水率对土壤水分分布的影响，能为蓄水坑灌法的合理设计提供了一定的参考。     

地表点源滴灌土壤水分运动的动力学模型与数值模拟

本文提出了一种地表点源土壤水分入渗的数值模拟模型.采用ADI隐式差分格式将土壤水分入渗方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程.利用质量平衡原理对地表饱和区进行了动态处理.结果表明，数值计算结果较吻合于实测数据，所提出的数值模型既适用于均质土壤，也适用于成层土壤.     

温室熵灌线土源土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学理论，考虑西江柿根系吸水，建立了西红柿生长条件下温室地表滴灌剖面二维土壤水分运动的数学模型，采用ADI法和Gauess-Seidel法联合求解数学模型，并进行了数值模拟，结果表明，温室土壤水分负压的监测值与计算值有着较好的一致性，这对温室地表滴灌灌溉制度的制定具有一定的指导意义。     

非饱和土壤水分运动数值模拟研究综述

土壤水是地表水和地下水联系的纽带，在水循环过程中起着重要作用，它和农业、水文、环境等领域有着密切关系。本文从土壤水分运动机理出发，评述了国内外水力参数取值方法和数值模拟的研究动态，对非饱和土壤水分运动数值模拟传统的有限元和有限差分研究方法进行了综合分析，并讨论了两种改进的数值计算方法——有限元质量集中法和有限体积法。本文认为非饱和土壤水分运动的数值模拟虽然取得了一些进展，但对土壤水分运动较为复杂的情况仍然手段有限，该领域的研究工作有待继续深化。     

入渗条件下非饱和土壤水分运动的数值分析

本文给出模拟入渗条件下非饱和土壤水分运动的一种数值算法。算法基于差分离散、以在和校正两步计算完成一个时间段的求解。对两种容重的土的水平入渗进行了模拟分析，并检验了水分运动参数的灵敏性以及差分步长对模型结果的影响，与实测资料对比分析表明，数值分析方法对土壤水分运动的模拟是有效的、适用的。     

蒸发条件下层状土壤水分运动的数值模拟

研究蒸发条件下的土壤水分运动规律,对盐碱化的防治,对田间水分状况的调节管理都是非常重要的。针对我国北方地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点,本文主要研究层状剖面的土壤蒸发问题,特别是粘土层厚度和位置对蒸发的影响。     

夹砂层土壤膜孔灌水分入渗规律数值模拟与试验验证

为认识膜孔灌条件下具有砂质夹层土壤的水分入渗规律,应用非饱和土壤水动力学理论,基于Richard方程建立了膜孔灌夹砂层土壤水分入渗数学模型,利用SWMS-2D软件求解,并采用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)和纳什效率系数(NSE)对累积入渗量、湿润锋运移距离和土体剖面含水量的实测数据与模拟数据进行统计分析。结果表明:MAE值和RMSE值接近0,PBIAS10%(PBIAS=-6.36%~-0.81%),NSE接近1(NSE0.97),表明两者具有较好的一致性。所建模型可以较准确地反映夹砂土体膜孔灌水分入渗状况,证明SWMS-2D可以作为研究工具来模拟分析夹砂土体膜孔灌土壤水分入渗特性。     

层状土条件下混凝土衬砌渠道渗漏及土壤水分分布的数值模拟

基于我国西北干旱区石羊河流域复杂层状土条件下进行的混凝土衬砌渠道渗漏试验,建立了考虑混凝土衬砌层和层状渠床的饱和一非饱和有压土壤水入渗模型。采用HYDRUS-2D对渠道渗漏和土壤水分分布进行了数值模拟研究。模型模拟结果和实测渗漏量、实测渠道周边土壤含水率等吻合较好,表明该模型对于模拟复杂层状渠床情况下的渠道渗漏比较可靠。在此基础上,进一步模拟分析了渠道衬砌和土壤层状结构特性对渠道渗漏产生的影响,以及层状土和均质土在湿润峰行进方面的区别。结果表明渠道渗漏强度受渠道衬砌形式的影响最大,其次为渠床附近的弱渗透性土层,而层状渠床下强渗透性土层具有一定的减渗作用;均质土和层状土在渠道渗漏量相近情况下,土壤水分分布具有较大不同。     

细土平原区包气带水分运移及与潜水转化关系的研究

以试验模拟剖面在不同潜水埋深条件下的负压观测资料为依据 ,用土壤水能量的观点 ,探讨了天山北麓细土平原区包气带水分的运移规律及其与潜水的转化关系。试验研究成果对农业生态环境、水盐运移、三水转化及区域水循环等均有重要意义。同时 ,对其它内陆干旱平原区包气带的研究也具有一定意义和参考价值     

蓄水和蒸发条件下土壤过渡层中水盐运移规律研究

在国内外有关土壤水盐运移规律研究成果的基础上,应用陕西省卤泊滩综合治理和谐生态模式,分析了在蓄水和蒸发条件下,土壤饱和层与非饱和层之间的过渡层中盐分变化规律以及对土壤饱和层和非饱和层盐分的影响。针对3组不同初始条件,分别开展了室内试验和数值模拟。结果表明,在地下水位基本稳定情况下,土壤非饱和层与饱和层之间存在一个10～20cm的过渡层。在蒸发条件下,由于土壤毛管的水分蒸发作用的最低范围在过渡层内,所以过渡层有隔离下层盐分作用。如果土壤非饱和层含盐量高,蒸发可能呈返盐;如果土壤非饱和层含盐量不高,但过渡层含盐量高,蒸发也可能呈返盐;过渡层如果含盐量低,蒸发返盐的可能性很小;但过渡层以下的饱和层盐分,不管含盐量高低,均处于相对稳定状态。过渡层对下层高含盐的隔离作用显著。     

适应复杂上表面边界条件的一维土壤水运动数值模拟

本文利用有限元法建立了一维土壤水运动数值模型。提出了适应降雨/灌溉、蒸发等复杂的上边界条件的处理方法,可以用来统一计算土壤剖面降雨／灌溉入渗、地表积水、地表产流、蒸发、蒸腾以及当这些现象交替出现时的水分运动过程。在数值计算过程中,采用了质量守恒和特殊的迭代求解格式以加快计算收敛速度和减少水量平衡误差。模拟验证表明：本文模型提出的思路可行,计算方法合理并具有通用性。     

南方丘陵区多层土壤结构水平和垂向渗流特征试验与模拟研究

南方丘陵地区地形起伏,上下游田块及田块内部不同层之间土壤质地差异较大,存在复杂的水分转化关系。为揭示该地区田块内多层土壤水分运动规律,在湖北省漳河水库灌区团林灌溉试验站,开展田块变化水层条件下水分通过犁底层垂直入渗以及通过耕作层侧向入渗试验,观测土壤累积入渗量及各层含水率的变化过程;建立基于HYDRUS-2D的土壤水分二维渗流模拟模型。经验证,模型模拟值和田间实测值基本吻合;试验发现由于土壤性质差异,田块犁底层的存在会抑制水流的垂直运动,减少深层渗漏,但同时增强了水流沿耕作层侧向运动的能力。试验期间,水分沿犁底层平均垂向入渗速率为0.094 cm/min,沿耕作层平均侧向入渗速率为0.138 cm/min;入渗稳定后,渗漏水量占田面累积入渗量的21.11%,其中垂直渗漏水量占0.46%,侧向渗漏水量占20.65%,耕作层侧向渗漏水量占侧向渗漏水量的81.06%。结果表明,土壤侧向渗漏对水量损失的贡献较大,控制田块渗漏特别是耕作层侧向渗漏对南方地区节水减排具有十分重要作用。     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。