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[高分] 学位论文 入渗—再分布—蒸发复合过程土壤水动力学及数值模拟
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作者 李开元 学位类别 博士 答辩日期 1996 授予单位 中国科学院、水利部水土保持研究所 授予地点 陕西 导师 李玉山 学位专业 土壤学 中文摘要 在Richards水流方程基础上，建立了考虑滞后作用的入渗—再分布—蒸发复合过程土壤水动力学模型。数值模拟表明该模型能很好再现复合过程的土壤水分运移规律，具有较高的精度。 以土壤孔隙构造及其与土壤水基质势关系的物理原理为理论基础，建立了土壤水分滞后作用的物理模型；该模型可以用土壤水分主脱湿曲线(主吸湿曲线)计算主吸湿曲线(主脱湿曲线)，它比具有广泛影响的Mualem通用模型具有更高的精度，因而成功地解决了土壤水动力学研究中难以获取主吸湿特征曲线的问题；同时，该物理模型时一个理论模型，不包括任何经验系数，其模型结构简明，计算方便，可适用于任何土壤。运用上述所建立的模型，采取实验与数值拟相结合的方法，对入渗一再分布—蒸发复合过程的土壤水动力学进行了研究，结果表明：(1) 在入渗—再分布—蒸发复合过程中，入渗，再分布和蒸发三者相互作用，相互影响。入渗过程中表面入渗速率越小，其后的再分布湿润峰距离越深，分配到土体深层的含水量比例越高，因而蒸发损失量越小。再分布过程对蒸发过程具有显著的削弱作用，而蒸发过程对再分布过程的影响作用却非常微弱。(2) 由于滞后作用，使得在入渗结束后的再分布—蒸发过程中，土壤含水量在入渗结束时的湿润峰处附近出现骤然降低的跳跃，亦即含水量出现断裂；但基质势仍保持连续。入渗速率越大，入渗结束时剖面的平均含水量越高，含水量的这种骤然降低的跳跃幅度也越大。因此，表面入渗速率越大，入渗结束时剖面的平均含水量超高，其滞后作用则越大。(3) 滞后作用的存在，减缓了再分布的进程，增加了上部土层贮水量的比例，因而加剧了土壤的蒸发，也减少了深层再分布。滞后作用越大，这种效应也越强。(4) 土壤水的滞后作用不仅存在于含水量与基质势之间，而且也存在于扩散率与基质势(或含水量)以及导水率与基质势(或含水量)之间，并且导水率的滞后作用明显强于扩散率。扩散率和导水率的滞后作用随基质势(或含水量)的增大而增强，而且主脱湿和主吸湿过程之间的差值可达几倍甚至更大。 |
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