夹砂层土壤膜孔灌水分入渗规律数值模拟研究

发布时间：2020-07-27 21:59

【摘要】：本文是在查阅了膜孔灌和夹砂层土壤水分入渗理论的基础上,研究了膜孔灌条件下夹砂层土壤的水分入渗规律,应用室内试验与数值模拟相结合的方法,利用SWMS-2D软件求解建立的夹砂层土壤膜孔灌水分入渗模型,并用所建的模型模拟分析了不同影响因素对夹砂土膜孔灌土壤水分运动规律的影响,以及均质土与夹砂土入渗特性对比。(1)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的结果为MAE值和RMSE值接近0,PBIAS10(-6.36~-0.81),NSE接近1(0.97),表明模拟值与实测值具有较好的一致性。所建模型可以较准确的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。(2)用所建的数学模型研究了不同影响因素下夹砂层土壤的水分入渗规律。研究了膜孔直径、夹砂层质地和入渗水头对湿润体水分分布、累积入渗量和湿润锋运移距离的影响。通过研究发现膜孔直径、夹砂层质地和入渗水头对湿润体水分分布有较大影响;累积入渗量也主要受到膜孔直径和入渗水头影响较大,而夹砂层的质地对其几乎没有影响;膜孔直径、夹砂层质地和入渗水头对湿润锋运移距离有不同程度影响。(3)通过对比数值模拟的均质土壤与夹砂层土壤的水分入渗规律,结果表明:在相同的条件下,说明夹砂层的存在对累积入渗量影响微弱;两者的湿润体形状不同,均质土壤为半球形,夹砂层土壤为方形;夹砂层的存在对湿润锋的运移有影响,尤其是垂直向。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152.7
【图文】：

试验装置图,土壤水分扩散率,试验装置

D(θ)计算公式为： adddD21（：λ表示为 Boltzmann 转换参数，λ=xt-1/2，在试验中记录下 t 时的含水量分布，再推算出 x 点对应的λ值，然后就可以将θ=f(λ该曲线，可以进一步推算出θ值、d(θ)/d(λ)值和 a值，最后，便可以计算出 D(θ)[89]。测定结果壤土取自兰州市黄峪镇祁家营村苹果园内。取土深度为 5~60验室，经风干、碾压，过 2mm 筛后制成试验土样，按壤土容重面积为 10cm×10cm、长为 1m 的有机玻璃条形槽中，如图 2-的影响，利用马氏瓶供水，观测马氏瓶在湿润锋移动 1cm 时应的时间，等到试验结束，以最快的速度从土槽取土、称重

扩散率,饱和导水率,土壤水分特征曲线,水分特征曲线

图 2-5 扩散率 D 与θ的关系Figure 2-5 Relationship between diffusivity D versus θ型和参数确定模型简述于描绘土壤水分特征曲线的数学模型很多，在这模型中的吻合程度高得到了非常多的应用。年，Mualem 在实验室内进行了相关试验，发现非饱和壤水分特征曲线和饱和导水率 Ks 推导出来。公式形式如 21 ffSKSKSeese

实测值

0.029 0.047 38.090.052 0.066 21.640.070 0.081 13.420.108 0.119 9.040.143 0.157 8.760.207 0.223 7.260.267 0.290 7.840.354 0.380 6.830.465 0.499 6.750.626 0.660 5.170.835 0.879 4.961.140 1.216 6.231.640 1.691 3.002.120 2.313 8.342.590 2.802 7.573.050 3.265 6.583.510 3.707 5.333.970 4.143 4.184.420 4.562 3.10

【参考文献】