蒸发条件下层状土壤水分运动的数值模拟

研究蒸发条件下的土壤水分运动规律,对盐碱化的防治,对田间水分状况的调节管理都是非常重要的。针对我国北方地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点,本文主要研究层状剖面的土壤蒸发问题,特别是粘土层厚度和位置对蒸发的影响。     

非饱和土壤中氮素运移与转化试验及其数值模拟

本文在室内试验的基础上，提出了考虑土壤吸附作用时非饱和土壤溶液中ＮＨ＋４－Ｎ浓度的计算方法，并对氮肥（碳铵：ＮＨ４ＨＣＯ３）在非饱和土壤中的运移与转化过程进行了数值模拟．     

土壤水分蒸发的影响因素分析

论述了土壤水分蒸发的物理机理、蒸发实质，划分了土壤水分蒸发的三个过程，分析了影响土壤水分蒸发的内在因素、外在因素及其相互关系，阐明了土壤水分蒸发影响因素分析的现实意义。     

有蒸发的气—水二维湍流流动的数值模拟

对水面蒸发问题的研究，过去一直是仅仅依赖于实验的手段，本文在国内首次提出了有蒸发的气－水二维湍流流动的理论模型，用Ｓｔｅｆａｎ流的概念，采用Ｋ－ε湍流模型及ＳＩＭＰＬＥ算法，进行了数值模拟，分析了风速，水气温差和相对湿度等各个物理因素对蒸发的影响，并就蒸发对流体流动和传热的影响进行了探讨，计算结果和实验结果作了比较，大部分参数变化规律在趋势上实验吻合，亦有某些参数的变化规律与实验有出入，其原因尚待     

土壤冻结过程中潜水蒸发规律的模拟研究

应用土壤冻结过程中水热耦合迁移模型模拟了内蒙河套灌区１９９０￣１９９１土壤冻结期潜水蒸发过程，模拟值与实测值吻合较好。在此基础上，对不同负积温、不同潜水埋深条件下的潜水蒸发过程进行了模拟，并分析了埋深、负积温对冻结期潜水。蒸发总量的影响，提出了冻结期潜水蒸发折算系数的概念。潜水蒸发折算系数与负积温无关，有助于对土壤冻结期潜水蒸发规律的分析和应用。     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型I

将土壤ＮＨ＾＋４和ＮＯ＾－３视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述地土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤运移的数值模拟模型，模型中考虑了矿化，生物固持－释放，土壤氨挥发，硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中，各转化参数均需用土壤温度和湿度作了进行修正，所建模型为土壤水，热和氮素联合模拟模型，对联合模型中水盐运动模块用经典经验作了检验。     

蓄水和蒸发条件下土壤过渡层中水盐运移规律研究

在国内外有关土壤水盐运移规律研究成果的基础上,应用陕西省卤泊滩综合治理和谐生态模式,分析了在蓄水和蒸发条件下,土壤饱和层与非饱和层之间的过渡层中盐分变化规律以及对土壤饱和层和非饱和层盐分的影响。针对3组不同初始条件,分别开展了室内试验和数值模拟。结果表明,在地下水位基本稳定情况下,土壤非饱和层与饱和层之间存在一个10～20cm的过渡层。在蒸发条件下,由于土壤毛管的水分蒸发作用的最低范围在过渡层内,所以过渡层有隔离下层盐分作用。如果土壤非饱和层含盐量高,蒸发可能呈返盐;如果土壤非饱和层含盐量不高,但过渡层含盐量高,蒸发也可能呈返盐;过渡层如果含盐量低,蒸发返盐的可能性很小;但过渡层以下的饱和层盐分,不管含盐量高低,均处于相对稳定状态。过渡层对下层高含盐的隔离作用显著。     

冬小麦生长条件下土壤氮素运移动态的数值模拟

将土壤溶质运移理论和土壤微生物化学、植物生理学有机地结合起来,建立了农田土壤氮素运移、转化与吸收的综合数学模型。运用该模型对中德合作项目试验田1999～2000年冬小麦优化施肥与传统灌溉和优化施肥与优化灌溉两小区的土壤水分和氮素运移动态及干物质产量进行了模拟。模拟结果与实测数据吻合较好。两小区土壤剖面埋深165cm处硝态氮淋失量的计算结果表明：与传统灌溉方式相比,优化灌溉方式的土壤硝态氮的淋失量明显减少。用验证后的数学模型在计算机上进行了几种不同灌溉方案下土壤水氮运移动态及干物质产量变化的数值试验,结果表明：在喷灌条件下,冬小麦以每l0d灌溉一次,每次20mm水量的灌溉方式较优。     

干旱区平原水库模拟蒸发量试验研究

干旱区平原水库水面蒸发是平原水库水量损失的重要组成部分,由于水库面积大,采用常规蒸发皿测定的蒸发量与水库实际蒸发量特征不相符。为了准确模拟干旱区平原水库蒸发量,开展了模拟水库的小面积水域蒸发试验,通过水位测针测量蒸发池的蒸发量,并与蒸发皿蒸发量进行比较。试验结果表明,在实际蒸发量中,蒸发池的蒸发量波动较大,蒸发皿蒸发速率比水面蒸发速率高9.1%。蒸发皿蒸发量与水面蒸发量的比值呈现先下降后上升的趋势;蒸发池水面蒸发量主要受到温度、净辐射、风速、饱和水汽压差影响;蒸发皿水体容量小,与蒸发池相比水体热容量较小,因此与大气交换更加快速,受净辐射和气温日较差影响较大。     

环境水侵蚀下水泥净浆钙溶蚀的模拟与验证

钙溶蚀是导致水环境中混凝土等水泥基材料耐久性退化的重要原因之一。为获得软水环境下水泥净浆的钙溶蚀过程, 首先, 基于Fick定律及质量守恒定律, 利用钙溶蚀过程中材料骨架内固体钙含量和孔溶液中钙离子浓度之间的化学平衡关系及Newton边界条件, 建立软水环境下水泥净浆的钙溶蚀模型, 并通过有限差分法, 对该模型进行数值求解; 其次, 进行不同水灰比的水泥净浆试件在6M NH₄Cl溶液中的加速钙溶蚀试验, 测定该溶液中各水泥净浆试件在不同溶蚀时间的钙硅比与孔隙率, 并将所建立模型的计算结果与实测结果进行对比分析, 验证模型的合理性; 最后, 利用验证后的钙溶蚀模型, 数值分析了环境水侵蚀下水泥净浆薄板孔溶液中钙离子浓度、固体钙含量及孔隙率的时空分布规律。结果表明, 模型的计算结果与试验测试结果基本一致; 溶蚀前期, 试件中固体钙含量下降速度和孔隙率增加速率均较大, 溶蚀后期, 试件固体钙溶蚀速率和孔隙率的增加速率逐渐减小。     

有蒸发的气－水二维湍流流动的数值模拟

对水面蒸发问题的研究，过去一直是仅仅依赖于实验的手段．本文在国内首次提出了有蒸发的气－水二维湍流流动的理论模型，用Ｓｔｅｆａｎ流的概念，采用Ｋ－ε湍流模型及ＳＩＭＰＬＥ算法，进行了　　数值模拟，分析了风速、水气温差和相对湿度等各个物理因素对蒸发的影响，并就蒸发对流体流　动和传热的影响进行了探讨．计算结果和实验结果作了比较，大部分参数变化规律在趋势上与实验吻合，亦有某些参数的变化规律与实验有出入，其原因尚待进一步研究．本研究工作在冷却水工程和水资源的开发利用中具有广泛的实际意义．     

蓄水坑灌条件下土壤水分运动的数值模拟

本文以非饱和土壤水分运动理论为基础，根据蓄水坑灌法土壤水分入渗的特点，建立了蓄水坑灌条件土壤水分运动的数学模型，并用有限差分法进行求解。同时用试验资料对模型进行验证，并用模型计算结果分析了蓄水坑灌条件下土壤初始含水率对土壤水分分布的影响，能为蓄水坑灌法的合理设计提供了一定的参考。     

大气作用下膨胀土边坡的动态响应数值模拟

采用热湿耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,通过考虑水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型,分析了在气候变化条件下,不同坡比和不同覆盖条件下非饱和膨胀土边坡的各种动态响应。计算结果表明,该模型能较好分析计算非饱和土表层的蒸发量及草皮对边坡土层含水率和变形的影响;采用分阶段变渗透系数的方法,能有效反映出降雨入渗和蒸发蒸腾过程中膨胀土所表现的不同渗透特性;而边坡的安全系数随气候变化而波动,降雨时边坡的稳定性比蒸发时低,蒸发可提高表层土体吸力,草皮覆盖亦有利于边坡的稳定性。     

深圳河湾水质数值模拟研究

基于EFDC模型和WASP模型建立了深圳河湾水动力和水质模型,采用2011年实测数据对模型进行率定和验证,结果表明,计算值与实测值吻合较好,丰枯季高低潮位平均误差小于0.20 m,DO、BOD5平均误差小于20%,TN、TP和Chl a(叶绿素a)平均误差小于30%。在此基础上进行案例研究,研究结果表明,氮、磷营养盐负荷削减80%对藻类生长的影响不明显;削减95%负荷时,Chl a浓度下降40%。     

不同蒸发计算方法对水文过程模拟影响的分析

为研究不同蒸发输入对流域水文模拟的影响,以印江河流域印江水文站以上集水区域为对象,将蒸发站蒸发皿实测资料和P-M公式计算的参考作物蒸散发作为模型蒸发输入,应用于垂向混合产流模型进行日径流过程模拟。研究结果表明,以P-M公式计算的参考作物蒸散发为蒸发输入的垂向混合产流模型,其模拟精度总体上要高于以蒸发皿实测蒸发为输入的模拟精度,能够更合理地模拟印江河流域的日径流过程。     

配水枢纽水力控制的仿真研究

配水枢纽是长距离调水工程和大中型灌区中一种常见的水工建筑物,是连接引水工程和配水工程的中枢。若配水枢纽库容足够大,可视为常水位边界,引水工程和配水工程的水力过渡过程分别计算;否则,需要耦合引水工程、配水枢纽和配水工程,对整个输水系统进行数值仿真。本文通过理论分析构建了配水枢纽进流、出流、溢流复杂运行条件下的质量和能量守恒方程,给出了牛顿－辛普森离散方法和基于Preissmann四点隐式差分的计算程序,建立了配水枢纽的理论模型;针对可能碰到的多进水、多出水、有压无压耦合等工况,给出了数值求解方法。以引汉济渭工程黄池沟配水枢纽作为典型案例,研究了南干线和北干线配水流量调节的水力过渡过程,给出了黄池沟、南干线、北干线的流量、水位变化,以及越岭隧洞的影响范围及变化量值,可为工程的运行调度提供参考。