推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律，推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数，获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系。用模拟的结果进行拟合，其决定系数为 0.9969～0.9997。当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率，基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解。利用数值模拟数据和实验数据检验该方法，将用此方法估计的参数值与理论值进行比较，并进行了模型中参数的敏感性分析，结果表明本研究所求得的参数有较高的精度，为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法。     

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组，依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中，应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算，并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件，计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。     

沟灌二维入渗参数的影响因素与计算模型研究

为简化沟灌二维入渗参数的获取,本文以室内入渗试验为基础,分析了土壤容重、初始含水量、入渗水头这三个因素对二维和一维入渗参数参数比值的影响,初步建立了由一维垂直入渗参数推求二维入渗参数的多因子计算模型,并对模型分析简化,增加了模型的稳健性,通过大田试验对所建计算模型进行检验。结果表明文中所建二维入渗参数计算模型所求结果为整个灌水田块的均值,其与整个田块全部灌水沟由水流运动数据推求的入渗参数平均值误差不大,且入渗参数k、a增减相反,对累积入渗量的计算结果影响较小,说明本文所建模型对精度要求不高的沟灌灌水方案设计具有一定的指导意义。     

入渗条件下非饱和土壤水分运动的数值分析

本文给出模拟入渗条件下非饱和土壤水分运动的一种数值算法。算法基于差分离散、以预估和校正两步计算完成一个时间段的求解。对两种容重的土的水平入渗进行了模拟分析，并检验了水分运动参数的灵敏性以及差分步长对模拟结果的影响。与实测资料对比分析表明，数值分析方法对土壤水分运动的模拟是有效的、适用的。     

入渗条件下非饱和土壤水分运动的数值分析

本文给出模拟入渗条件下非饱和土壤水分运动的一种数值算法。算法基于差分离散、以在和校正两步计算完成一个时间段的求解。对两种容重的土的水平入渗进行了模拟分析，并检验了水分运动参数的灵敏性以及差分步长对模型结果的影响，与实测资料对比分析表明，数值分析方法对土壤水分运动的模拟是有效的、适用的。     

非饱和渗流分析在FLAC3D中的实现和应用

基于FLAC3D内置的FISH语言,对其渗流模型进行了扩展。将实验室测得的原状黄土土水特征曲线,利用MATLAB实现了参数拟合。将拟合参数编写为子程序,在每步渗流分析中加以调用,从而实现非饱和土的渗流模拟。利用该方法与有限元法分别模拟3种边界条件下的一维入渗问题,并比较模拟结果。经验证,结果吻合。其结果对研究非饱和土理论及扩展FLAC3D在非饱和土数值计算方面的应用均具有一定的意义。     

考虑地下水入渗的一维水动力学模型研究

考虑地下水入渗的一维水动力学模型可从物理机制上综合模拟河道水流与地下水之间的互动关系,为地下水入渗过程活跃河段的水流模拟提供基础方法。引入达西定律,通过渗流方向假设及渗流路径长度假设,推导构建了地下水入渗项的数学表达式。分析表明,该项可合理反映河道水流与地下水间的补给与反补给关系;将其整合至圣维南方程组,并通过Preissmann四点线性隐式差分格式求解。从理论上讨论了该模型的适用条件。当地下水入渗没有严格符合假设条件时,可通过调整渗透系数及平均导渗率弥补。考虑地下水入渗的一维水动力学模型能够动态反映河道上各断面水流与地下水之间的交互关系,定量分析地下水入渗水量,有利于提高一维水流的模拟精度。     

基于Winpest反演分析的降雨入渗补给量分区

在水文地质条件复杂地区进行地下水数值模拟时,需要对降雨入渗补给量进行主观确定,参数识别过程比较复杂。利用Modflow软件,建立了Winpest反演模型对渗透系数进行优化,并通过分析反演过程中观测孔模拟水位和实测水位的拟合情况,进行降雨入渗补给量分区优化。将该模型运用于壁板坡隧道隧址区,结果表明:研究区需先按表层出露的不同层位进行降雨入渗补给量初次分区,再对已有分区按不同高程范围进行二次分区和降雨入渗补给量优化方能实现地下水初始渗流场的高精度拟合。利用Winpest反演分析方法,降低了人为设定降雨入渗补给量的盲目性,为水文地质条件复杂地区的地下水初始渗流场数值模拟提供了一种更加快捷高效的途径。     

用垂直入渗法推求Gardner-Russo模型参数

通过室内垂直入渗试验研究了3种不同质地土壤的垂直一维水分入渗特性,并基于Gardner模型表征的非饱和土壤导水率和Gardner-Russo模型表征的土壤水分特征曲线形式,结合非饱和土壤水动力学方程,推导了土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率和湿润锋之间的理论关系。在此基础上推求了Gardner-Russo模型中的参数,利用试验数据对模型中参数进行了敏感性分析。结果表明,该方法所求得的参数具有较高的精度,这为土壤水分运动参数求解提供了一种简单而准确的方法。     

基于混合格式Richards方程的非均质土体渗流模拟

基于混合格式Richards方程的数值模拟能保证质量守恒,可模拟饱和-非饱和渗流。采用有限元模拟时,需知节点处的体积含水率,但由于体积含水率在材料分界面不连续,模拟非均质土体渗流时存在一定困难。为实现基于混合格式Richards方程的非均质土体饱和-非饱和渗流有限元模拟,将材料分界面的节点赋予两个编号,从而分界面上节点的体积含水率分别根据不同材料参数按压力水头泰勒展开;同时应用拉格朗日乘子法保证总水头在材料分界面的连续性。根据所建模型的有限元格式,编制了Matlab数值模拟程序,并用于模拟一维层状土入渗和脱湿过程及二维层状土入渗过程。所得结果与一维解析解、二维其他学者研究结果吻合较好,同时所建模型满足质量守恒。     

适应复杂上表面边界条件的一维土壤水运动数值模拟

本文利用有限元法建立了一维土壤水运动数值模型。提出了适应降雨/灌溉、蒸发等复杂的上边界条件的处理方法，可以用来统一计算土壤剖面降雨／灌溉入渗、地表积水、地表产流、蒸发、蒸腾以及当这些现象交替出现时的水分运动过程。在数值计算过程中，采用了质量守恒和特殊的迭代求解格式以加快计算收敛速度和减少水量平衡误差。模拟验证表明：本文模型提出的思路可行，计算方法合理并具有通用性。     

水工数值模型在河道洪水验算中的应用

文中利用DHI开发的MIKE11、MIKE21软件分别建立现状堤防条件下的一、二维洪水演进模型。由于河道存在着一维特性,通过对河道内洪水演进进行一维数值模拟,二维数值模拟耦合,取得了较好的效果。在对河道一维洪水数值模拟中,可以看出,一维模型建模简单,可以随时根据河道断面更新数据对模型进行修改,同时模拟时间较短,可以为河道整治,防洪规划提供科学依据。二维数值模拟所需资料多,精度高,可以校核一维洪水数值模拟结果的准确性。     

基于改进Mein-Larson降雨入渗模型的黄土边坡稳定性分析

【目的】降雨是诱发浅层边坡滑动的主要因素，为了使降雨入渗过程更加接近实际，【方法】在传统的Mein-Larson降雨入渗模型基础上，考虑土体初始含水率非均匀分布，以含水率分布函数对传统Mein-Larson降雨入渗模型进行了改进并验证了改进模型的有效性。分别将传统Mein-Larson降雨入渗模型和改进的入渗模型与非饱和无限长边坡稳定分析方法结合，建立考虑边坡倾角、土体初始含水率和降雨形式的降雨诱发型边坡稳定性问题计算模型并对边坡安全系数计算，最后将计算结果与有限元数值模拟结果对比分析。【结果】结果表明：含水率分布函数计算值接近试验值，当参数A取0.375时，拟合优度达到0.995。采用改进的入渗模型计算出的各时段湿润锋深度与传统入渗模型接近，但是湿润锋比传统入渗模型早7.7 h到达地下水位线。【结论】基于改进的降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算的边坡安全系数与有限元数值模拟结果接近，相比于基于传统Mein-Larson降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算结果更精确，接近工程实际，可为降雨诱发型边坡稳定分析提供参考。     

基于SGA和SRFR的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型(Ⅰ)——模型建立

利用基于地表非稳定流运动方程的地面灌溉模型对畦灌性能进行分析评价是改进传统地面灌溉方式、提高畦灌性能的重要举措，而准确地确定畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数是改善畦灌性能模拟精度的重要前提。本文基于基本遗传算法SGA和地面灌溉一维模型SRFR建立的畦灌土壤入渗参数与田面糙率系数优化反演模型，可在给定的参数值域范围内开展多参数全局性寻优，利用计算机动态解析技术对SRFR模型执行程序进行解析处理，建立SGA与SRFR模型间的内部运行衔接方式，实现畦灌土壤入渗参数与田间面糙率系数优化反演过程的自动化运作，进而有效提高了参数寻优估值的工作效率。     

间歇入渗情况下土壤水运动滞后作用的影响

本文根据在一维土柱中进行的间歇入渗试验,用有限差分法进行了考虑或忽略土壤水运动滞后影响的数值模拟,在考虑滞后因素的数值模拟中,采用了简单的线性化计算模式。模拟结果表明,考虑滞后影响与否与实测资料的拟合程度差异很大,考虑滞后的计算水势剖面无论是低次扫描或高次扫描,均有很好的精度。试验和模拟结果表明,对于砂性土壤,滞后影响不容忽视,而简单的线性化考虑滞后影响的计算模式是完全可行的。     

地表条件对坡面产流的影响

本文将复杂地表条件对坡面流运动的影响概化为阻力的变化，运用运动波理论和修正的Green-Ampt入渗模型，建立了能够反映地表条件影响的坡面降雨入渗产流模型，数值结果与实验符合较好，运用该模型分析了植被、地形、坡长、坡度等地表条件对坡面产流过程的影响。     

涌流灌溉技术的实验研究

本文对一维间歇灌水入渗规律和二维涌流灌溉进行了室内实验研究,分析探讨了涌流灌溉机理,提出了以考斯加柯夫方程为基础的描述间歇灌水入渗规律的入渗方程,并利用有限差分法对一维间歇灌水入渗的土壤水分运移进行了数值模拟计算,其结果与实测值基本相同。实验资料表明,涌流灌溉比连续流灌溉的水流推进速度快,灌水均匀度和灌水效率高,文中还对涌流灌溉技术参数的确定进行了初步分析。     

渐变溃口下的河道溃堤分流数值模拟计算

随着数值模拟方法的不断深入发展,建立一维水动力模型对河道进行数值模拟,可以得到良好的计算效果。将渐溃堤坝与一维模型进行耦联,形成了河道溃堤分流模型。对于单一河道非恒定流水力模型,采用Preissmann四点隐式差分格式进行离散,溃堤按逐渐溃决计算,将堤坝溃口模拟为梯形,溃决过程中溃口随时间线性增大。将建立的河道溃堤分流模型应用于宁夏西干渠,对西干渠银川段堤防溃决开展数值模拟,结果显示:模型具有较强的适用性,并能够很好地处理河道堤坝溃决的计算,可以为防汛抗旱工作提供数据支撑。     

非饱和流动问题的SUPG有限元数值解法

本文将ＳＵＰＧ有限元方法应用于非饱和流动的Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程，导出了数值表达式，并且对一维入渗问题进行了数值计算，计算的结果表明：本文的方法是精确，收敛和稳定的，可用于非饱和带水分运动的实际计算。     

一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型Ⅱ：验证

根据室内外试验观测数据和模拟结果,对比分析了基于混合数值解法求解的一维畦灌地表水流运动模型以及基于二阶时间离散精度有限差分法-四阶空间离散精度有限体积法解算的一维土壤水动力学模型的模拟效果,检验了现有迭代耦合模式改善后的模拟性能。结果表明,利用混合数值解法求解一维畦灌地表水流运动模型具有比Roe有限体积法更好的数值计算稳定性和收敛性;与一阶时间离散精度有限差分法-二阶空间离散精度有限差分法及一阶时间离散精度有限差分法-二阶空间离散精度有限体积法相比,采用二阶时间离散精度有限差分法-四阶空间离散精度有限体积法解算一维土壤水动力学模型具备较好的模拟精度、质量平衡性和收敛速率。与此同时,改善后的迭代耦合模式呈现出较好的模拟精度和质量守恒性,且计算效率平均提高0.7倍以上。基于数值解法和迭代耦合模式同步改进后构建的一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,具有提高模拟精度和计算效率的良好能力。