微孔滲灌土壤水分運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬.pdf

1、微孔滲灌作為一有效節(jié)水灌溉方法，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用；但如何選取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，如關(guān)于滲灌管管徑及其管壁透水系數(shù)、滲灌管埋深、灌水時(shí)的供水壓力、一次灌水?dāng)?shù)量等數(shù)值的確定，尚缺少系統(tǒng)的研究，且已經(jīng)成為不斷完善這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。用數(shù)值模擬的方法研究微孔滲灌土壤水分的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析初始與邊界條件對(duì)灌水結(jié)果的影響、探討水分分布規(guī)律，可為滲灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，而且省工、省力、省時(shí)、快速便捷；因此，開(kāi)展?jié)B灌過(guò)程的數(shù)值模擬研究具有重要的理論和

2、實(shí)踐意義。已有的數(shù)值模擬研究取得較為理想的結(jié)果，但也存在著不少缺陷；如灌水過(guò)程中的滲灌管邊界條件的處理技術(shù)還有待于進(jìn)一步完善，模擬也多僅限于考慮滲灌管某一橫截?cái)嗝娑苌倏紤]沿微孔滲灌管縱向水力特性的變化，這使得模擬結(jié)果明顯偏離了真實(shí)情況且其應(yīng)用受到了更多的限制。本文基于土壤水動(dòng)力學(xué)原理，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)微孔滲灌土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。 通過(guò)分析微孔滲灌土壤水分的入滲機(jī)理，將滲灌管與土壤的接觸面作為第

3、三類邊界條件處理，建立了微孔滲灌二維土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，確定了相應(yīng)的初始條件和邊界條件。滲灌過(guò)程水分運(yùn)動(dòng)方程的求解采用交替隱式差分方法(ADI法)進(jìn)行，程序的設(shè)計(jì)采用VisualBasic6.0程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)。 通過(guò)比較濕潤(rùn)鋒位置和剖面含水量的實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬值，對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型及設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明兩者差異達(dá)到了既定的精度要求，說(shuō)明本文所建立的物理與數(shù)學(xué)模型、選取的土壤水力學(xué)參數(shù)以及數(shù)值運(yùn)算過(guò)程合理有效。

4、 分別就不同的供水壓力、土壤初始水勢(shì)值、微孔滲灌管半徑、管壁透水系數(shù)和厚度以及不同質(zhì)地土壤等條件下的灌水過(guò)程中土壤水分運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：1.濕潤(rùn)鋒移動(dòng)距離、滲灌管—土壤界面的水勢(shì)值、濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)的平均含水量及單位長(zhǎng)度微孔滲灌管的累積灌水量與模擬灌水時(shí)間成冪函數(shù)的關(guān)系。 2.提高供水壓力、增加管壁的透水系數(shù)和半徑可增加灌水速率，且灌水結(jié)束后濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)的平均含水量較高；而管壁厚度較大時(shí)正好相反。 3.隨著土壤初始水勢(shì)

5、值的升高，濕潤(rùn)區(qū)范圍增加且濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)土壤平均含水量升高，而累積灌水量隨初始水勢(shì)的升高呈減小的趨勢(shì)。 4.當(dāng)土壤質(zhì)地偏砂時(shí)，濕潤(rùn)鋒的前進(jìn)速度較快且累積灌水量較大，但是其濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)的平均含水量升高較慢，應(yīng)該注意防止水分向深層滲漏。 對(duì)微孔滲灌管沿程的水力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，隨著進(jìn)水口壓力、管長(zhǎng)和滲灌管透水性能的增加，使微孔滲灌管沿程的水頭損失和水力偏差率增大。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)管網(wǎng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮供水壓力、滲灌管透水性能對(duì)水