一维垂向非饱和土壤水分运动的数值模拟——以长白山北坡山地棕色针叶林土为例

以土壤水分运动基本方程为依据,根据长白山北坡山地棕色针叶林土的实际土壤层结构,建立了该地区一维垂向非饱和土壤水分运动数学模型,并推导了该模型的数值离散方程,编制了用于该模型数值模拟的计算程序.最后通过数值模拟对模型进行验证.结果表明,模拟值与实测值能够较好吻合.

垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中的适用性研究

利用一维垂直入渗试验研究垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中适用性。采用碎石粒径2~5mm和4组不同碎石含量下的土石混合介质,根据实测的土壤水分入渗特征量,推求出模型参数,再依据模型参数模拟水分入渗过程。对模拟入渗过程与实际入渗过程进行对比分析,两者之间的相对误差在6%以内,精度较高。说明垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中具有一定的适用性。

水平一维土壤水分入渗特性分析

本文对土壤非饱和导水率和水分特征曲线分别采用k =ks (hd/h) m 和 (θ -θr) / (θs-θr) =(hd/h) n的形式 ,假定水平入渗时土壤传导区内水分运动通量 q不随位置x变化 ,推求了湿润锋与累积入渗量和入渗率间关系、湿润锋随时间变化关系 ,以及土壤水分分布与湿润锋间关系 .并利用实验资料对这些理论关系进行了检验 。

生物炭对黑土区土壤水分扩散与溶质弥散持续效应研究

为探究施用生物炭对黑土区坡耕地土壤水分扩散和溶质弥散的持续效应,于2016-2019年在1.5°、3°、5°的径流小区开展了生物炭持续效应试验,分析了单次施加生物炭对土壤容重、孔隙度、有机质含量、Boltzmann变换参数ξ、非饱和土壤水分扩散率D(θ)、非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的持续作用。结果表明:土壤中单次添加生物炭后的4年内均可显著降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤中有机质含量,且各指标变化率均随坡度增大、施炭年限延长而减小;坡度、年份、是否施用生物炭3个因素中,对土壤容重、孔隙度、有机质含量影响程度最大的均为是否施用生物炭;施用生物炭增大了ξ,且ξ随坡度增加、施炭后年限延长逐年减小。2016-2019年D(θ)与Dsh(θ)均随土壤含水率的增加而迅速增加。当土壤含水率小于等于0.42 cm^3/cm^3时,生物炭抑制土壤水分扩散;当土壤含水率大于0.42 cm^3/cm^3时,生物炭促进土壤水分扩散。当土壤含水率小于等于0.36 cm^3/cm^3时,生物炭抑制土壤中Na Cl溶液的弥散;当土壤含水率大于0.36 cm^3/cm^3时,生物炭可以促进土壤中NaCl溶液的弥散。试验区θ处于0.20~0.35 cm^3/cm^3,故施用生物炭对水分扩散、Na Cl溶液弥散均具有抑制效果,且生物炭对水分扩散和溶液弥散抑制效果均随坡度增加、施炭后年限延长而减弱。

非等温入渗条件下土壤中水分运移的解析分析

基于多孔介质渗流力学-热力学理论,建立了非等温条件下土壤中水-热耦合迁移的数学模型,并运用分离变量法和拉普拉斯(Laplace)变换对模型进行解析求解;通过算例分析,表明温度对非饱和土壤中水分迁移的影响。本文所得结果及结论,对于农田水利保护和地下水资源的利用具有重要的实际应用价值和理论意义.

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。

计算层状土稳定入渗率的饱和层最小通量法

根据土壤水动力学原理,提出了计算多层土壤稳定入渗率的饱和层最小通量法。采用HYDRUS-1D数值模拟软件,模拟了不同土壤表面水头、多层土壤特性下的稳渗过程,根据模拟结果对饱和层最小通量法进行了检验。结果表明,这种计算多层土壤稳渗率的方法物理意义明确、误差较小。与改进的Green-Ampt公式相比,该方法不需要考虑下层土壤的进水吸力,同时考虑了多层土壤对入渗的影响,更适用于实际情况下分层土壤稳定入渗率的估算,可以为水资源量评价、环境污染评价和相关工程设计等领域提供理论依据。