膜溝灌溉三維入滲數(shù)值模擬研究.pdf

1、膜溝灌溉是與地膜覆蓋技術(shù)相結(jié)合的溝灌，該灌溉方式是將帶有滲水孔的地膜敷貼在灌水溝內(nèi)形成“膜溝”，灌溉時(shí)水在溝內(nèi)的膜上流動(dòng)，并通過膜孔滲入土壤。膜溝灌溉的入滲過程屬于三維入滲過程，邊界條件復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算具有一定的難度。本文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)入滲數(shù)值模擬和膜孔入滲研究的基礎(chǔ)上，對(duì)膜溝灌溉三維入滲進(jìn)行了數(shù)值模擬研究及其試驗(yàn)驗(yàn)證。 利用膜溝灌溉入滲試驗(yàn)裝置進(jìn)行了入滲試驗(yàn)，采用負(fù)壓計(jì)法獲得非飽和土壤水分特征曲線并采用van Ge

2、nuchten模型對(duì)其進(jìn)行擬合，擴(kuò)散率通過水平土柱吸滲法測(cè)定并采用指數(shù)形式對(duì)其進(jìn)行擬合，導(dǎo)水率利用已知的土壤水分特征曲線和擴(kuò)散率計(jì)算得到。根據(jù)土壤水動(dòng)力學(xué)原理并結(jié)合膜溝灌溉入滲的實(shí)際情況，建立了膜溝入滲三維土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，采用控制容積法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化，利用交替方向隱式迭代法(ADI方法)對(duì)離散方程進(jìn)行求解，并進(jìn)行了編程計(jì)算。利用試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，土壤含水率的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，二者之間具有較好的一致性；累積入滲

3、量的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間進(jìn)行差異的顯著性分析，表明二者差異不顯著；濕潤鋒的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的發(fā)展趨勢(shì)基本吻合。利用數(shù)學(xué)模型對(duì)不同條件下的膜溝入滲進(jìn)行計(jì)算，對(duì)膜溝灌溉入滲規(guī)律進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)論如下： (1)建立了膜溝入滲的三維土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，采用控制容積法將控制方程離散化，并采用ADI方法求解，模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值具有較好的一致性，可用于模擬膜溝灌溉的入滲過程。 (2)膜溝灌溉的入滲能力與膜孔數(shù)量呈正相關(guān)