基于HYDRUS-1D模拟的变水头入渗条件下VG模型参数敏感性分析

采用单因素扰动分析法,分别对土壤水力参数残余含水量θr、饱和含水量θs、饱和导水率Ks、经验参数α和n进行扰动,选用HYDRUS-1D模型模拟南京市区2年一遇降雨条件下土壤水分入渗过程,分析变水头入渗条件下各土壤水力参数的敏感性,定量描述土壤水力参数变化对HYDRUS-1D输出变量土水势和累积入渗量的影响,简化后续模型率定工作,提高模型模拟精度。结果表明:在变水头入渗条件下,5个参数对土水势与累积入渗量敏感性排序均为nKsθsαθr,其中α和n对于地表0～10 cm附近的土水势影响较大,Ks与θr,以及θs与α对土水势影响规律类似;±25%扰动情况下,θs、Ks与n三者对累积入渗量的影响均大于10%。因此,在进行变水头入渗条件下模拟计算中应保证Ks、θs、α和n参数的准确性。     

吉林西部盐碱土壤水力学参数特征及其影响因素

为探究吉林西部盐碱化土壤水力学参数的空间变化特征及其影响因素,测定了盐碱土和非盐碱土0~20,20~40,40~60,60~80,80~100 cm土壤水分特征曲线(SWCC)、容重、全盐量、含水量、机械组成等,利用van Genuchten模型(VG)进行曲线拟合和参数求解.结果表明,VG模型适于描述研究区盐碱土水分特征曲线;盐碱与非盐碱土壤水分特征曲线和Ks存在显著性差异;θs和n值变异性较弱,θr和α中等变异强度;Ks的空间变异性较强,盐碱土剖面为强变异(CV=109.09%),非盐碱土为中等变异强度(CV=51.09%);土壤全盐量与p H值、土壤机械组成是土壤水分特征曲线及Ks的主要影响因素.     

基于混合遗传算法和积水入渗实验反求土壤水力参数

土壤水力参数是土壤水分运动和溶质迁移模拟计算的基本参数,因此快速、省时、精确的确定土壤水力参数有重要意义.本文建立了积水入渗条件下土壤水力参数优化模型,采用遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值实验和土柱实验验证.数值实验结果表明采用混合遗传算法求解积水入渗条件下的土壤水力参数具有较高的精度,参数优化精度与待优化参数的个数和积水入渗实验测定项目有关,当待求参数为rθ,,αn3个时,积水入渗实验中只需测定含水率和累积入渗量二者或二者中的任意一个均可求出参数值;当待求参数为rθ,sθ,,αn4个和rθ,sθ,,αn,Ks5个时,积水入渗实验需要测定含水率或同时测定含水率和累积入渗量方可求出待求参数,而仅测定累积入渗量不能精确求出rθ、sθ的值.应用上述分析结果,进行了土柱积水入渗实验,结果表明该模型可以精确求解土壤水力参数.因此,本文建立的土壤水力参数优化模型是正确的,求解方法是合理的,这可为高效求解土壤水力参数提供一个有效途径.     

容重对砂土渗透系数的影响

为了探明容重对砂土渗透系数的影响,文章选用淮河蚌埠段4个不同容重的砂土,采用离心机法测定其土壤水分特征曲线,用定水头法测定饱和导水率,应用RETC软件中的van Genuchten模型进行拟合。结果表明:砂土饱和导水率与容重呈负线性相关,饱和含水率θ_s和参数α值与容重呈显著负相关,残余含水率θ_r和参数n值与容重呈正相关;吸力小于100 cm以内,不同容重砂土的渗透系数在急剧下降,吸力大于100 cm时,渗透系数随吸力变化不大,曲线呈平直状;当量孔径的累积百分比随容重增加而减小。该研究可为砂土入渗及蒸发数值计算提供支持。     

土水特征曲线形状对降雨条件下土质边坡稳定性的影响研究

土水特征曲线在土质边坡的饱和-非饱和渗流和稳定分析中起着举足轻重的作用。本文运用数值模拟的方法研究了V-G模型中a、n和θr等参数对降雨条件下土质边坡地下水位、孔隙水压力、体积含水率分布的影响,在渗流场计算分析的基础上采用Morgenstern-Price法对降雨条件下边坡的稳定性进行了分析,并从机理上解释了各参数对降雨条件下边坡稳定性的影响。结果表明,a值的增大会导致非饱和土边坡在降雨过程中安全系数的降低速率增大,在降雨结束后安全系数的回升速率增大,n值对边坡安全系数变化的影响主要受初始吸力控制,θr值的增大虽然会导致在降雨过程中安全系数的降低速率增大,但是降雨结束后安全系数回升到稳定的时间减小。     

基于HYDRUS-1D生物滞留设施模型的参数敏感性分析及率定

为验证HYDRUS-1D模拟生物滞留设施水文调控效应的可靠性,通过物模试验,采用修正Morris法对模型主要参数的敏感性进行分析筛选,结合模拟值和实测值对筛选后的参数进行率定验证。结果表明：径流总量、径流峰值及其各削减率输出结果的敏感参数不尽相同,其中降雨量（q）均为高敏感参数;利用变异系数法,判断参数的综合敏感程度,其主要敏感参数包括降雨量（q）,蓄水层高（H）,种植土层和填料层的饱和含水率（θs）、饱和导水率（Ks）和孔径分布参数（n）;验证期内模型模拟和物模实测结果的RMSE最高为0.131、RE均低于6.92%、NSE和R2均为0.9以上,匹配度高,模拟结果可靠,为利用HYDRUS-1D改进生物滞留设施规划设计方法提供理论支撑。     

陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线试验

为研究陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线,利用非饱和土三轴仪,研究初始干密度和净平均应力对非饱和黄土土水特征曲线的影响.结果表明:基质吸力相同时,试样的含水率随着净平均应力的增大而减小;初始干密度越大,试样减湿率越小,最终含水率越大.利用van Genuchten模型对试验数据拟合发现:残余体积含水率θ_r随着净平均应力的增大逐渐减小;拟合参数α和n随净平均应力的增大数值变化不是很大;初始干密度对土水特征曲线的影响主要表现在参数θ_r和参数α上,而参数n受其影响不大.     

不可动水对土壤污染物运移影响的数值实验研究

考虑对流、弥散、吸附／解析、微生物降解等因素，建立了土壤中污染物运移的两区平衡吸附动力学模型．在该模型基础上，针对不可动水对污染物运移的影响进行了分析，分析结果表明：即使在孔隙水流速、含水率及其它参数相同的情况下，不同的θim／θm值也会导致不同的穿透曲线；不可动水所占的比例较大时，即使保证了孔隙流速、输入浓度、弥散系数等参数相同，不同的含水率也会导致不同的穿透曲线，但θim／θm较小时，含水率的变化对浓度的变化几乎无影响．     

基于AHFO方法的Green-Ampt模型K_0取值试验研究

利用Van Genuchten经验函数拟合土水特征曲线,可获取反应土壤物理特性的参数m和n,求得体积含水率θ下的非饱和导水率K_θ,再利用K_θ代替饱和导水率K_0,可获得Green-Apmt的修正模型.过去受测试手段的限制,这类修正方法还未经过试验精确验证;传统的点式测量手段可通过数个点的体积含水率数据推测整个土壤的体积含水率剖面和湿润锋的位置,引起的误差常常比较大.利用分布式的主动加热型的体积含水率光纤测试方法(actively heated fiber optic method,AHFO),定位精度可达2.5cm;设计了模型桶中砂土垂直向上入渗的渗流试验,测试了试验过程中土壤体积含水率剖面,并采用AHFO技术实时定位湿润锋的位置,大大提高了湿润锋定位准确性.基于实测的体积含水率剖面及湿润锋位置,对K_0修正前后Green-Apmt模型的准确性进行了测试.结果表明:(1)非饱和土的渗透系数K_θ远小于饱和土的渗透系数K_0,其大小可依据土壤特征曲线和AHFO法测得的土壤体积含水率确定,本次试验修正系数约为0.1;(2)湿润锋垂向运移距离与时间符合修改K_0后的Green-Apmt模型;(3)AHFO法具有连续性和精确性的优点,可以作为评价土壤湿润过程的有效测试手段.     

基于Oyane准则的金属板材渐进成形破裂预测

针对渐进成形中的破裂缺陷,将Oyane准则引入数值模拟中,有效预测了渐进成形中金属板料的成形极限.首先,针对DC56D+Z钢板,基于获取的Oyane准则材料参数,通过试验与数值模拟确定了破裂积分值I=4为破裂的临界条件.然后,基于响应面法建立了工艺参数与I积分值之间的非线性模型,且通过方差分析验证了该模型的有效性.研究得出:该数值模型可以有效预测最大破裂积分I值,I值随着成形角α、层间距Δz和工具头直径d的增大而增大,3个工艺参数的影响作用逐渐减弱,且αΔz、αd两种组合的交互作用影响较大.