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土壤水-汽-热耦合运移的数值模拟研究与验证

2021-04-04乔星华董晓华刘旋旋

节水灌溉 2021年3期
关键词:模型

乔星华,董晓华,孙 媛,刘旋旋

(1.三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌443002;2.水资源安全保障湖北省协同创新中心,武汉430072;3.广东省水文局肇庆水文分局,广东肇庆526060;4.广东省水文局清远水文分局,广东清远511500)

0 引 言

非饱和土壤水分运动一直是水文学、土壤科学和农业领域关注的热点问题,土壤中的水-汽-热耦合运移理论已广泛应用于全球气候变化和生产实践当中[1]。土壤是一个非均质、多相、分散和多孔的系统,水、汽、热在土壤中存在并且以土壤为传导介质进行变化,其中非饱和土壤由固相、液相和气相组成[2,3]。作为土壤水资源补给的重要途径,土壤入渗过程近年来被广泛应用于土壤水资源评价、水文模型构建等相关领域中[4]。

国内外对于土壤水分运动的研究主要考虑的是温度的影响,一些学者对土壤水-汽-热耦合运移规律做出了研究,杨金忠[6]等利用参数的经验值对水、汽、热耦合作用的理论和数值计算进行了研究。水建高[7]等利用非等温的水-汽-热耦合模型模拟了松土条件下土壤水分及温度分布,得到地表处必须考虑温度对水汽流动的影响的结论。曾亦键[8]基于PdV 理论,考虑了土壤内部空气,建立了蒸发条件下土壤水-汽-热-空气耦合模型,分析了土壤水汽运移规律,从理论上完善了非饱和带土壤水-汽-热耦合模型研究。高万德[9]利用Hydrus 建立水-汽-热耦合运移模型,对农田灌溉条件下大埋深包气带的土壤水-汽-热运移规律进行研究。李吉祥等[10]认为包气带水运移涉及液态水和水汽,而土壤水分运动涉及的条件复杂,求解困难,数值方法则是求解包气带水分运移的主要方法。……

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