张在勇，王文科，陆彦玮，宫程程，冉 彬，武泽宇

•农业水土工程•

改进型有限分析法模拟包气带土壤水分运移

张在勇，王文科※，陆彦玮，宫程程，冉 彬，武泽宇

（1. 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054；2. 长安大学水利与环境学院，西安 710054）

近年来有限分析法被广泛应用于模拟土壤水分运移。混合型有限分析法通常使用一阶有限差分近似代替Richards方程中的时间导数项。尽管这种方法与其他的数值方法（例如有限差分法）相比，能获得精确度更高的数值解，但是当需要精细刻画陡峭湿润锋面向下传输过程时，需要对时间项的处理提出更高的要求。因此，该研究提出一种从时域和空间域获取局部解析解的改进型有限分析计算格式来克服上述问题。将改进的有限分析法的数值解、混合型有限分析的数值解、有限差分数值解与解析解定量化对比研究发现，改进型有限分析计算格式在较大空间步长条件下（空间步长为10 cm），能够获得精度较好的数值解，且能更好地控制质量平衡误差。此外，改进的有限分析法能获得与现有的软件（VSAFT2）相似的计算结果。该研究能为包气带水分运移模拟提供一种可靠的方法，推动区域土壤水资源的评价与管理。

土壤；水分；运移；有限分析法；包气带；数值模拟

0 引 言

包气带作为大气降水、地表水、包气带水和地下水迁移转化的核心区域，是研究地下水补给和排泄的关键[1]。精确描述土壤水动态过程，对于农田水利、水文、生态等领域具有重要意义。……