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提高畦灌施肥地表水流与溶质运移数值模型的稳定性、收敛性及计算精度,有利于改善地面畦灌施肥系统的设计与评价工作.在利用隐-显混合时间格式对一维畦灌地表水流与溶质运移耦合模型中包含的各矢量项进行时间离散基础上,借助有限差分法、有限体积法和有限单元法分别对由隐时间格式生成的物理矢量线性近似式空间导数、物理矢量空间导数、溶质扩散矢量和地形矢量项进行空间离散,对最终形成的控制方程代数方程组进行数值求解,构建起基于混合数值解法的一维畦灌施肥地表水流与溶质运移耦合模型. 相似文献
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湿地地表径流包括明渠流和片流等多种形式,且存在海绵状土壤层,其地表水-地下水耦合模拟困难。针对湿地片流和海绵层模拟不准确的问题,以绍兴镜湖国家城市湿地公园为研究对象,考虑湿地多年植物生长沉积形成的独特海绵层,基于GSFLOW模型构建湿地地表水与地下水耦合数值模型,通过二维扩散方程模拟湿地片流、一维圣维南方程模拟湿地明渠流,使用竖管法测量湿地海绵层渗透系数,利用模拟区水文站的监测数据率定模型参数并对模拟结果进行验证,应用校正后模型模拟湿地地表水与地下水的水量交互过程,并对研究区进行水均衡分析。研究结果表明:考虑湿地海绵层的湿地地表水与地下水耦合模型能较为真实地反映湿地水文特性,湿地以地表水补给地下水为主,补给量随降雨量变化。研究建立的湿地地表水与地下水耦合模型合理可靠,对湿地水文分析有良好的应用价值。 相似文献
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冻结砂土力学性质的离散元模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用接触黏结模型中来考虑冻土中冰的胶结作用,建立了冻结砂土的颗粒流模型。通过改变计算模型中颗粒单元的参数,模拟了在不同冻结温度以及不同围压下冻结砂土的宏观力学性质,并与冻结砂土的室内试验结果进行了比较,结果表明：颗粒流方法可以较好地模拟冻结砂土的应力-应变关系以及剪切带的发展变化过程,颗粒流细观参数对温度具有显著的依赖性。研究结果对离散单元法在特殊土中的应用具有一定的理论和应用价值。 相似文献
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地下水温度示踪理论与方法研究进展 总被引：6，自引：0，他引：6
对地下水温度示踪理论与方法的相关研究做了评述,介绍了当前地质体中温度场与渗流场耦合作用模型、数值模拟技术和渗流参数反演方法,并从温度示踪方法的两个主要应用领域:地表水与地下水交换和工程地下水渗漏探测(以堤坝为例),说明地下水温度示踪的应用研究.在地质体中温度场与渗流场耦合模型方面,裂隙介质、非饱和带、复杂边界条件和非D... 相似文献
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基于连续多孔介质原理与混合体原理引入流?固耦合模型,采用FISH语言编制程序,建立了初始渗流场设置函数、饱和?非饱和渗流分析模块、特殊应力修正模块以及非饱和单元抗剪强度修正模块,实现了利用FLAC3D进行饱和?非饱和渗流分析,同时基于饱和?非饱和渗流场修正非饱和区土体单元的有效应力以及抗剪强度,完成了将FLAC3D中饱和土流?固耦合计算原理扩展到非饱和土中。在二次开发的分析模块基础上对Liakopoulos砂柱排水试验进行数值模拟,验证了计算模型和计算程序的正确性。同时也研究了降雨入渗对土质边坡的渗流场、位移场以及稳定性演变过程的影响,揭示了降雨诱发边坡失稳的机制。 相似文献
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地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。 相似文献
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耦合冻土方案的大气模式对祁连山区春季土壤状况的模拟 总被引：7，自引：3，他引：4
对黑河流域上游山区水源涵养林区2003年春季土壤温度、湿度变化进行分析,运用耦合冻土参数化和没有耦合冻土参数化的大气模式MM5对该区春季过程进行了模拟,并与观测值进行对比,对模拟的产流量做了初步分析.结果显示:考虑冻土参数化方案对土壤温度模拟的改进主要体现在表层土壤,对深层土壤温度的模拟没有大的改进;考虑冻土参数化方案改进了对100 cm深度以内的土壤含水量的模拟,很大程度上缩小了模拟值与观测值之间的绝对误差.总体来讲,考虑了冻土参数化的模拟结果在一定程度上改进了模式对黑河流域上游季节冻土区土壤温、湿状况的模拟,在一定程度上逼近祁连山区的春季土壤状况.考虑冻土参数化和没有考虑冻土参数化对产流量的模拟表明,冻土参数化对产流量模拟有很大影响,冻土形成的不透水层可以产生更多的地表径流.尽管考虑冻土参数化过程对模拟结果有一定程度的改进,但模拟结果与实测结果还是有一定差距的.因此,进行寒区冻土过程模拟时,还需要进一步对土壤信息、模式物理过程,大气背景场驱动数据以及局地因素进行详细而精确的考虑,以期进一步提高模式在寒区的模拟性能,特别是为高寒山区无观测地带陆气相互作用研究提供依据. 相似文献
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针对非饱和农田在降雨引起肥料溶质地表径流迁移流失的实际问题,建立了二层结构溶质地表径流迁移模型,根据溶质质量守恒定律和水量平衡原理,求得模型的解析解,并采用室内非饱和土壤实验验证解析模型的合理性。通过敏感性分析,探讨了模型参数和土壤物理参数对溶质地表径流迁移流失过程的影响。研究结果表明:非饱和土的吸附性增大将增强土壤溶质迁移流失到地表径流水的能力;土壤干容重增大将减少土壤溶质的地表径流迁移;土壤的初始体积含水率越高,土壤溶质的地表径流运移作用越强。 相似文献
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内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅰ）：模型原理 总被引：9，自引：3，他引：9
在全球变暖的背景下，我国多数大江大河源区存在冰川退缩、雪线上升以及多年冻土和季节冻土明显退化等现象，并由此造成河源区产流量减少以及生态环境恶化等诸多问题，这在内陆河山区流域体现的较为明显，但目前分布式水文模型中很少涉及冻土水热耦合问题。文章以黑河干流山区流域为例，构建了一个内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（DWHC）。模型基于土壤水热连续性方程将流域产流、入渗和蒸散发过程融合起来，在植被截留、入渗、产流和蒸散发计算方面也有所改进和创新，部分模块具有多个可选择方案。模型设计了与中尺度大气模式MM5的嵌套接口，也可以用地面气象资料驱动。模型在1 km×1 km网格基础上，以日为时间步长，将流域土壤分为18类，土壤剖面分为3～5层不等，流域植被概化为9类。模型只需要土壤初始含水量、初始地温和常规气象资料，以及土壤和植被物理参数，就能够连续演算各层土壤的温度、液态含水量、固态含水量、感热传导、潜热变化、水势梯度、导水率以及水分入渗和毛细上升量等水文循环要素。主要介绍了模型的基本原理和构建思路，有关模型的地面资料驱动结果和与MM5嵌套结果部分，参见后续文章(Ⅱ)、(Ⅲ)。 相似文献
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为了探究坡体充气时土体渗流与变形之间的变化规律,利用有限元软件建立厚12m、长100m的二维边坡模型,进行渗流-变形的非完全耦合数值模拟,得到对坡体采取充气截排水方法降低地下水位时坡体内充气非饱和区的形成过程,以及坡体表面土体竖向位移的变化过程。结果表明:一个完整稳定的非饱和区形成过程可分为充气初始阶段、非饱和区扩大水位抬升阶段、不稳定两相流阶段和非饱和区稳定阶段,充气压力过大或过小都无法形成稳定完整的非饱和区;当充气压力为100kPa时,坡体表面土体的竖向位移均随时间呈现先增大后减小的规律,与土体中非饱和区的发展具有一定的协同性;不同充气压力下,偏向充气点上游的坡体表面土体竖向位移随充气压力的增大而增大,偏向充气点下游的坡体表面土体竖向位移的变化具有不确定性。 相似文献
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陆面过程模式SIB2与包气带入渗模型的耦合及其应用 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤含水量对陆—气相互作用过程中的能—水平衡计算以及降雨、农业灌溉对地下水补给的研究起着关键的作用。但现阶段大多数陆面过程模式对土壤含水量的计算采用一维水桶模式,忽略了流域尺度上的侧向补给、地下水位的变化、包气带土壤的非线性渗透特性对土壤含水量的影响。针对这一问题,在国内外研究较为成熟的饱和—非饱和理论的基础上,编程实现了包气带土壤水分传输方程的求解,并与陆面过程模式（SIB2）相耦合,建立起研究分层包气带土壤水分运移、非稳态的地下水位、和地表蒸散发之间定量关系的模型。最后,利用建立的耦合模型,以河西走廊黑河流域中游临泽农业综合观测场的灌溉试验为例,模拟干旱内陆平原区小麦生长期间定额灌水条件下土壤含水量的变化。计算结果表明：模型能够准确计算瞬时土壤含水量、非稳态的地下水位,并对小麦生长过程中的耗水量进行估算,进而为农业合理灌溉提供了科学的理论基础。 相似文献
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为了研究多年冻土表层的水热分布情况,在非饱和冻土的能量守恒方程和水分迁移的质量控制方程的基础上考虑冰水相变和水汽相变过程,并考虑水汽运移传热及温度势对水汽迁移的影响,建立了非饱和冻土的水-热-汽耦合模型。采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)方法可方便地计算它们的演化过程。为此,在计算中先求解能量守恒方程的含冰量及气态水含量,再对未冻水含量和温度场进行求解,从而实现了温度场与水汽场的耦合。在此基础上,模拟计算了第1类热边界条件下半无限空间介质内非稳态温度场、体积含水率及水汽通量的分布情况,并将计算结果与未考虑耦合的解析解进行比较,结果显示水汽耦合的作用不容忽略。最后,针对处于季节性周期温度边界下路基的水热场的分布情况进行计算。研究表明,相比于水-热耦合模型,所建立的水-热-汽耦合模型得到的计算结果更为接近实际监测结果,可很好地揭示非饱和冻土中的水热汽迁移特征及其相变过程。 相似文献
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四个概念性水文模型在黑河流域上游的应用与比较分析 总被引：3，自引：1，他引：2
首先结合新安江模型、TopModel、HBV模型和Sacramento模型机理,从模型结构的土层划分、土壤水分计算、蒸散发计算、产流区不均匀性的考虑、产流机制、下渗机制等多个方面进行了理论上的比较,然后选择黑河流域上游为研究区,结合模拟结果对这四个概念性水文模型在黑河上游山区流域应用情况,从土壤水分、蒸散发、径流过程和各径流组分四个方面进行了分析比较。结果显示,概念性水文模型对黑河干流上游山区径流模拟有较好的模拟效果,但是对土壤水分、蒸散发等水文过程只能描述其变化趋势,难以定量,同时,我们还可以得出在所用四个模型中,HBV模型在黑河干流上游山区出山口的径流拟合中有和其他3个模型相当的Nash-Sutcliffe效率系数,并且在枯水期的表现也好,适用性最好。 相似文献
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An analytical solution to 1D coupled water infiltration and deformation in layered soils is derived using a Laplace transformation. Coupling between seepage and deformation, and initial conditions defined by arbitrary continuous pore‐water pressure distributions are considered. The analytical solutions describe the transient pore‐water pressure distributions during 1D, vertical infiltration toward the water table through two‐layer unsaturated soils. The nonlinear coupled formulations are first linearized and transformed into a form that is solvable using a Laplace transformation. The solutions provide a reliable means of comparing the accuracy of various numerical methods. Parameters considered in the coupled analysis include the saturated permeability (ks), desaturation coefficient (α), and saturated volumetric water content (θs) of each soil layer, and antecedent and subsequent rainfall infiltration rates. The analytical solution demonstrates that the coupling of seepage and deformation plays an important role in water infiltration in layered unsaturated soils. A smaller value of α or a smaller absolute value of the elastic modulus of the soil with respect to a change in soil suction (H) for layered unsaturated soils means more marked coupling effect. A smaller absolute value of H of the upper layer soil also tends to cause more marked coupling effect. A large difference between the saturated coefficients of permeability for the top and bottom soil layers leads to reduced rainfall infiltration into the deep soil layer. The initial conditions also play a significant role in the pore‐water pressure redistribution and coupling effect. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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非饱和土的水力和力学特性及其弹塑性描述 总被引：6，自引：3，他引：3
简单回顾了非饱和土本构模型研究的发展历程,总结了近几年非饱和土弹塑性本构模型最新研究成果,重点介绍了能统一模拟非饱和土水力性状和力学性状耦合的弹塑性本构模型。通过对建立模型过程中的几个核心问题讨论,较详细地说明该类模型的结构、性能以及相关问题。非饱和土水力性状的滞回性用假定存在饱和度弹性区间的弹塑性过程来模拟;该类耦合模型不仅考虑了吸力对非饱和土水力性状和力学性状的影响,还考虑了饱和度对应力-应变关系和强度的影响以及土体变形对土-水特征曲线的影响。用同一套模型参数,耦合模型可统一预测在吸力控制或含水率控制下沿各种应力路径下非饱和土的水力-力学特性,并简单介绍了膨胀性非饱和土的弹塑性本构模型以及耦合模型在有限元数值计算中的应用。 相似文献
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陆面水文过程与大气模式的耦合及其在黑河流域的应用 总被引：12，自引：0，他引：12
陆面过程模式对陆面水文过程有比较详尽的描述，然而，目前的陆面水文过程只考虑了垂直方向的水分运移，比较适合平坦地区的模拟，而在地形坡度较大的山区只考虑垂直方向的水分移动是不够的，尤其是目前随着计算机条件提高，分辨率越来越高，地表水以及土壤水的侧向流动成为山区水文过程必须考虑的部分。同时，目前的陆面过程模式中的径流量是作为诊断量处理，不参与运算。针对以上问题，对Noah陆面过程模式进行了改进，增加了地表积水和积水蒸发、坡面汇流方案、次表面流方案，并且将Routing模块通过次网格过程与大气中尺度模式MM5耦合，发展了高分辨率大气—水文耦合模式。运用发展的高分辨率大气—水文耦合模式，对黑河流域中上游2003年6月23~25日降水过程进行了模拟，研究了陆面水循环过程对大气场的影响。结果表明陆面水循环过程对近地层大气影响很大，首先影响了土壤的湿度与蒸发，进而对边界层稳定性，云结构、云水、雨水含量产生影响，对区域降水也有一定影响。 相似文献