土水特征参数对蒸发面发展影响规律数值模拟研究

发布时间：2021-06-14 12:36

　　基于PDV水气热耦合模型,采用地表能量平衡的边界条件,对土体蒸发过程进行多物理场耦合数值模拟,分析土水特征参数n对蒸发面在地表浅层土体内的动态发展影响规律及原因.研究表明:n较大时蒸发面在土体内以"蒸发面窄条"形式向深处发展,窄条宽度基本不变;n较小时蒸发面上边界长时间位于地表,其下边界随时间持续向深处发展,蒸发面范围随时间持续越来越宽;蒸发面以"蒸发面窄条"形式发展时,窄条下边界含水率有"返潮"增大现象;另一种发展形式蒸发面附近土体含水率随时间单调减小;在1.2<n<1.6范围内,随蒸发率减小,蒸发面形式会从"蒸发面窄条"最终转换为另一种形式;蒸发面以"蒸发面窄条"形式发展时,其在地表浅层的发展速度随n增加而减小;蒸发面以另一种形式发展时,若蒸发面上边界位于地表,其下边界发展速度随n增加而增大. 

【文章来源】：兰州交通大学学报. 2020,39(01)

【文章页数】：8 页

【图文】：

蒸发土体模型及边界条件

蒸发过程中当地表土体接近干土时,蒸发面由地表向土体内部发展,此时蒸发面位置可根据土体内水蒸汽通量沿深度的变化率 dq v dy 确定, dq v dy 达到较大值说明此处水蒸汽通量qv增加明显,对应的深度范围即为此时蒸发面位置.数值模拟结果表明蒸发面形成过程与土水特征参数n有一定的相关性;n较大时土体内蒸发面具有一定的宽度,形成“蒸发面窄条”向深处递进发展,如图2所示,随着蒸发时间持续,现有蒸发面窄条范围内 dq v dy 开始减小,当 dq v dy 减小接近0附近时,紧临现有蒸发面窄条下方新的蒸发面窄条范围内 dq v dy 开始增加 ( dq v dy 为负值说明qv沿y轴负向增加),到t=3.75 h时新的蒸发面窄条形成;蒸发面窄条宽度基本不变.n较小时自地表至土体内某深度范围水蒸汽通量变化率 dq v dy 均为较大值,如图3(a)所示,随着蒸发时间持续,地表一直是蒸发面所在范围的上边界,其下边界会向深处递进发展,蒸发面所在范围越来越宽,但整个蒸发面范围内 dq v dy 会越来越小,qv增加量越来越少;当地表的含水率降至残余含水率时,没有多余的液态水汽化为水蒸汽,蒸发面上边界开始向地表下土体内发展,如图3(b)所示.图3 蒸发面范围发展过程示意图(n=1.2)

蒸发面范围发展过程示意图(n=1.2)

【参考文献】：
期刊论文
[1]浅层包气带水汽昼夜运移规律及其数值模拟研究[J]. 曾亦键,万力,苏中波,Hirotaka Saito,王旭升,曹文炳.  地学前缘. 2008(05)

博士论文
[1]非等温条件下土壤水热耦合迁移数值模拟研究[D]. 任荣.太原理工大学 2018



本文编号：3229845