沟灌地表土壤水动力学耦合模型数值模拟及其应用研究

发布时间：2020-12-10 01:12

　　沟灌是我国目前地面灌溉的主要方式之一,与微灌、喷灌等一些压力灌溉相比,沟灌具有设施简单、便于实施、成本低等优点,但也存在水资源浪费、灌溉效率低等问题。同时,我国是农业大国,农业用水占比高,约为全国用水的62%。因此,研究沟灌,提高灌溉效率,实现节约用水,有助于缓解我国严重的用水供需矛盾。沟灌灌水过程中涉及的数学模型大都是非线性偏微分方程,在较为复杂的条件下,很难找到方程的精确解,最有效的办法是采用数值计算方法求其数值解。本文主要针对沟灌灌水过程中的地表水流运动和土壤水分运动以及两者耦合模型进行算法构造和数值模拟,主要工作和成果如下:（1）本文根据沟灌灌水过程中地表水流运动的特点,在水量平衡原理的基础上,选用零惯量模型描述其运动过程。对于零惯量模型的求解,首先设计网格剖分,其次对基本方程用Preissmann四点加权隐式差分格式进行离散,然后用Newton-Raphson法和普赖斯曼双向扫描法进行求解,最后得到地表水流运动的推进过程。计算结果表明,本文方法能较好的模拟沟灌灌水时的地表水流运动过程。（2）本文根据沟灌灌水过程中土壤水分运动的特点,在非饱和土壤水分运动理论的基础上,选用Ric... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

沟灌模型示意图及其几何特征

??形成的控制体，其次每个单元的空间位置必须固定不变。如图２－２所示，表示两个连续??时刻的地表和地下水深轮廓线，虚线表示＾时刻的地表和地下水深轮廓线，实线表示？ｉ＋１??时刻的地表和地下水深轮廓线。在图２－２中取出一典型单元，如图２－４所示，符号??ｙ、＿７＿＋ｉ为位置坐标，ｈ?＆＋１为时间坐标。将所有单元上的计算结果绘成时－空平??面图，如图２－３所示。图２－３中水流推进曲线是推进阶段水流前锋到达不同位置和所需??时间的曲线变化图，退水曲线是退水尾锋消退到不同位置和所需时间的曲线变化图。??Ａ?时刻地表水深轮廓线??＾％?时刻地表水深轮廓线??Ａｖ?Ａｙ?Ａｖ?＇＇、、???????￣￣ｊ－＾

单元格个数固定不变。在退水阶段，随着水流消退，单元格个数逐渐减少。??２．３．１典型单元格??在图２－３时间－空间差分网格中，我们可以清楚地知道单元格分为两种形式：矩形单??元和三角单元。在不同时刻，根据求解区域和边界的特性，对于所有的单元格，我们可??以将其大致分为７种类型单元格，即单元格Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、Ｗ。这７种单元??格就是本文所说的典型单元格。对基本方程（２．１）和（２．２）在这７种单元格上进行离散，然??后根据时间划分，可逐时段写出各时刻的基本方程（２．１）和（２．２）对应离散格式。典型单元??格上的具体离散格式如下：??（１）矩形单元Ｉ?：??连续方程（２．１）和运动方程（２．２）在单元Ｉ积分，可以得到它们如下的离散格式??连续方程：??［＆｛Ｑｌ?－Ｑｒ）＋｛＾￣?＾＼Ｑｊ?－?Ｑｍ?＋Ｚｌ￣?Ａｊ￣Ｚｊ）＋＾￣?＋?Ｚｒ￣Ａｍ￣Ｚｍ?）］Ａｙ?＝?０??（２．８）??运动方程：??儒？纖］－??１０??


本文编号：2907808