一种沟灌累积入渗量简化计算方法.pdfVIP

第２６卷 第６期 水 科 学 进 展 Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．６ ２０１５年１１月　 　 ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＷＡＴＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｎｏｖ．，２０１５ ＤＯＩ： １０１４０４２／ ｊｃｎｋｉ３２１３０９２０１５０６００６ 一种沟灌累积入渗量简化计算方法 １ １ ２ 聂卫波 ， 费良军 ， 马孝义 （１ 西安理工大学水资源研究所， 陕西 西安　 ７１００４８； ２ 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西 杨凌　 ７１２１００） 摘要： 为简化沟灌二维累积入渗量的数值计算， 采用理论分析和数值模拟相结合的方法， 研究分析了土壤初始含 水率、 入渗水深、 沟底宽、 边坡系数、 土壤质地和容重等因素对沟灌边界效应和拟合系数γ 的影响， 并建立了系数 γ与主要影响因素间的函数关系式， 提出了沟灌累积入渗量简化计算方法。 结果表明， 土壤初始含水率、 沟底宽和 边坡系数对沟灌边界效应的影响较小， 而入渗水深、 土壤质地和容重对沟灌边界效应的影响显著； 拟合系数γ 主 要与入渗水深的变化有关， 随入渗水深的增大呈现减小趋势， 但对初始含水率、 沟底宽、 边坡系数、 土壤质地和 容重等因素变化的敏感性较低， 可忽略其影响； 建立了估算拟合系数γ 的计算式， 结合已有文献资料对其可靠性 进行了验证， 结果表明黏壤土和砂壤土不同入渗时间内， 其沟灌累积入渗量计算值与实测值和ＨＹＤＲＵＳ软件模拟 值具有高的一致性， 说明文中所建公式估算拟合系数γ 值可靠。 研究结果可为简化沟灌累积入渗量的数值计算提 供理论依据和技术支撑。 关键词： 二维入渗； 累积入渗量； 数值模拟； 边界效应 中图分类号： Ｓ２７５３　 　 　 文献标志码： Ａ　 　 　 文章编号： １００１⁃６７９１（２０１５）０６⁃０８０１⁃１０ 沟灌累积入渗量是进行土壤入渗参数估值的重要基础。 一些学者采用试验研究方法， 建立了多种沟灌累 ［１⁃３］ 积入渗量的计算模型 。 但沟灌入渗影响因素众多， 试验操作不易控制， 费时费力， 且易产生较大的试验 误差。 随着计算机技术的快速发展， 众多学者采用数值模拟方法， 对传统沟灌、 沟底膜孔灌和覆膜侧渗沟灌 等多种形式下的土壤水分入渗进行了研究， 结果表明模拟值可较好地反映其土壤水分运动过程， 且具有最大 ［４⁃８］ 限度地降低人为因素干扰和快速生产大量研究样本的优点 。 但对于二维土壤水分运动方程而言， 其求解 过程复杂， 有时还存在计算结果不收敛和水量平衡误差较大等问题， 这在一定程度上限制了沟灌土壤水分运 动的数值模拟研究。 近年来， 部分学者试图建立沟灌二维入渗和一维入渗之间的联系， 以简化该问题的研 ［９］ 究。 Ｆｏｋ和Ｃｈｉａｎｇ 假定沟灌二维土壤水分运动由一维入渗和边界入渗组成， 建立了估算沟灌累积入渗量和 ［１０］ 湿润锋运移距离的计算式， 并结合试验验证， 结果表明实测值与计算值具有较高的一致性； Ｓｃｈｍｉｔｚ 将沟 灌二维入渗分解为多个方向的一维入渗， 建立了沟灌累积入渗量与一维入渗和湿周之间的函数关系式， 并验 ［１１］ 证了所建公式的可靠性； Ｗａｒｒｉｃｋ等 建立了沟灌二维入渗与一维垂直入渗和边界入渗之间的计算式， 并分 ∗ 析了不同土壤质地条件下湿周修正系数 Ｗ ／ Ｗ和拟合系数γ 的变化范围， 提出了计算沟灌累积入渗量的新 ∗