[发明专利]一种膨胀性土壤水分运动过程模拟方法

摘要

本发明公开了一种膨胀性土壤水分运动过程模拟方法，涉及土壤水动力学领域，具体包括1）采用质量守恒定理，提出了膨胀性土壤水分运动过程模拟方法。2）提出了膨胀性土壤水分运动参数计算方法，其中膨胀性土壤水分运动参数计算包括膨胀性土壤非饱和导水系数、比容积等。本发明有助于完善土壤水分运动理论，对膨胀性土壤分布地区的水分管理与调控具有一定的指导价值。

主权项

一种膨胀性土壤水分运动过程模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于土壤变形受力分析，得到土壤变形过程，采用质量守恒定理，模拟膨胀性土壤水分运动过程，得到：基质区水分运动过程方程为：(∂θj∂t+θ1,j1+e1,j∂ej∂t)wj=[∂∂z(Ke,j(ψ)∂ψj∂z)+∂Ke,j(ψ)∂z+Wr,j]wj+We,j]]>上边界：下边界：裂隙优先流区水分运动过程方程为：(∂θf∂t+θ1,f1+e1,f∂ef∂t)wf=[∂∂z(Ke,f(ψ)∂ψf∂z)+∂Ke,f(ψ)∂z+Wr,f]wf+We,f]]>上边界：下边界：其中，θ为土壤体积含水量，cm3/cm3；θ1为时段初的土壤含水量，cm3/cm3；e为孔隙度，cm3/cm3；e1为时段初的孔隙度，cm3/cm3；Ke(ψ)为膨胀性土壤非饱和导水系数，cm/min；ψ为土壤水吸力，cm；Wr为植物根系吸水量，cm3；We为两流区水量交换量，cm3；Φ为土壤水势，cm；q为水分通量，cm/min；上述字母的下标f、j分别表示裂隙优先流区、基质区；t为时间，min；z表示坐标轴z轴方向；wf为裂隙优先流区面积比例，wj为基质区面积比例；步骤2，采用改进的van Genuchten模型计算膨胀性土壤裂隙优先流区、基质区非饱和导水系数，非饱和导水系数计算公式为：Ke(ψ)＝Ksh(e)Se0.5[1‑(1‑Se1/m)m]2其中，Ke(ψ)为膨胀性土壤非饱和导水系数，cm/min；Ksh(e)为深度为h时膨胀性土壤饱和导水系数，cm/min；Se为饱和度；m和n为参数，m＝1‑1/n；步骤3，分别计算膨胀性土壤裂隙优先流区、基质区的面积比例，其计算公式为：wf＝dewwj＝1‑dew其中，ew为由土壤吸水膨胀变形导致的孔隙度变化量，cm3/cm3，当土壤饱和时，wf等于0。