土壤水分运动数值模拟软件集成开发与应用

发布时间：2017-11-02 12:32

  本文关键词：土壤水分运动数值模拟软件集成开发与应用

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【摘要】：土壤水分运动作为农业水土方向的经典工程问题,一直依赖于有限元求解软件进行求解。SWMS作为非饱和土壤水分和盐分运移模拟工具,其虽然具有较高的精度。但是,SWMS没有实现前处理与后处理;同时,缺乏用户友好的可视化界面。目前,开发功能齐全、界面友好、精度高、方便操作的软件系统对土壤水分和盐分运移规律的研究具有重要应用价值。本文将Fortran程序设计语言与Matlab相结合对原始SWMS土壤水分运动模拟程序进行了集成开发,并结合室内试验对软件模拟效果进行验证,得出以下研究成果:1)通过Matlab与Fortran混合编程集成开发了用户友好界面的土壤水分运动数值模拟软件,实现了计算区域图形化显示、网格自动剖分、节点控制长度自动计算、初始与边界条件、模型参数的输入,求解、计算结果可视化、湿润锋获取、入渗参数拟合等功能。2)结合室内试验与已有文献中的膜孔灌试验验证集成开发软件模拟效果发现,集成开发的土壤水分模拟软件能够较好地模拟均质土壤畦灌、沟灌以及膜孔灌土壤水分入渗性能与水分分布情况。3)对于土壤物理性能差异较小,土壤初始水势相等的夹砂层土壤沟灌,集成开发软件能够用来模拟其土壤水分入渗;同时,夹砂层土壤沟灌的模拟与室内试验测定的累积入渗量均表明,夹砂层的存在能够起到一定的阻渗作用。本文集成开发的土壤水分运动数值模拟软件可实现计算区域图形化、网格自动剖分与数值解的后处理,解决了原始SWMS求解费时、易出错、效率低的问题,为软件的后续开发奠定基础,但对于初始土壤水分分布不均匀的土壤入渗以及土壤水分重分布问题还没有实现,需要进一步研究。
【关键词】：数值模拟 土壤水分运动 SWMS 混合编程
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52;S152.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11-15
• 1.2.1 土壤水分运动模拟方法的研究进展11-12
• 1.2.2 沟灌的研究进展12-13
• 1.2.3 层状土壤水分运动研究进展13-15
• 1.3 存在问题15-16
• 第二章 研究内容16-18
• 2.1 研究内容16
• 2.2 集成开发所需语言与软件16-17
• 2.3 软件平台选择17-18
• 第三章 SWMS软件集成开发18-33
• 3.1 软件组成部分的功能需求与结构分析18
• 3.1.1 集成开发的软件功能需求分析18
• 3.1.2 集成开发的软件系统结构分析18
• 3.2 计算区域的Matlab图形化方法与程序实现18-22
• 3.3 网格的自动剖分方法和程序实现22-26
• 3.3.1 网格剖分的基础知识22-23
• 3.3.2 网格剖分的主要方法与程序实现23-25
• 3.3.3 网格剖分方法对比与选择25-26
• 3.4 节点与单元的分层以及节点控制长度的计算方法与程序实现26-28
• 3.4.1 节点和单元的层属特性的程序实现26
• 3.4.2 边界节点控制长度的计算26-28
• 3.5 Matlab调用Fortran的方法与程序实现28-31
• 3.5.1 Matlab与Fortran混合编程三种方法28-29
• 3.5.2 三种方法比较29
• 3.5.3 采用调用MEX方法的Fortran与Matlab混编方法的具体实现过程29-31
• 3.6 求解结果后处理过程与程序实现31-33
• 3.6.1 土壤含水率信息获取31-32
• 3.6.2 湿润锋信息获取32
• 3.6.3 入渗参数获取32-33
• 第四章 软件图形界面实现33-40
• 4.1 多个GUI界面数据传递的方法33-34
• 4.2 方法对比与选择34-35
• 4.3 图形界面主要控件选择与功能实现35
• 4.4 软件图形界面的功能35-37
• 4.5 软件操作过程与运行效果37-40
• 第五章 集成软件对沟灌土壤水分入渗的模拟与验证40-48
• 5.1 均质土壤沟灌水分入渗模拟与验证40-45
• 5.1.1 均质土壤沟灌水分入渗试验设计40
• 5.1.2 均质土壤沟灌水分入渗模型建立40-42
• 5.1.3 模型参数测定42
• 5.1.4 集成软件对均质土壤沟灌水分入渗模拟与验证42-45
• 5.2 夹砂层土壤沟灌水分入渗45-48
• 5.2.1 集成软件对夹砂层土壤沟灌水分入渗模拟45-46
• 5.2.2 室内夹砂层土壤沟灌入渗试验46-48
• 第六章 集成软件对畦灌和膜孔灌土壤水分入渗的模拟与验证48-53
• 6.1 均质土壤畦灌水分入渗模拟与验证48-49
• 6.1.1 土壤水分分布模拟与验证48-49
• 6.1.2 累积入渗量模拟与验证49
• 6.2 均质土壤膜孔灌水分入渗模拟与模拟49-53
• 6.2.1 土壤含水率分布模拟与验证49-51
• 6.2.2 累积入渗量模拟与验证51-53
• 第七章 主要成果与进一步需要研究的问题53-54
• 7.1 主要成果53
• 7.2 进一步需要研究的问题53-54
• 参考文献54-58
• 附录58-59
• 致谢59-60
• 作者简介60

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本文编号：1131602