银北地区不同地下水位下的土壤水盐运移实验及数值模拟研究

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我国土壤盐渍化愈来愈严重,其主要分布的位置在华北、西北及沿海地区,最突出的是宁夏地区。本文以宁夏石嘴山市惠农区燕子墩乡为例,分析该区域降雨蒸发前后,水盐运移的动态变化特征,建立了该区域的土壤水盐运移数学模型,并对该区域的土壤水盐运移进行了数值模拟,以此了解该地区土壤盐渍化的变化情况。(1)在建立土壤水盐运移数学模型的过程中,需用到很多土壤水动力参数,这些参数我们通过实验进行测定。采用VG和GM两种拟合模型进行拟合水分特征曲线。将两种拟合模型进行比较,得出结论:该区域的土壤水分曲线的拟合采用VG模型更合适。同时,采用水平土柱吸渗法试验,我们得出了水分扩散率和水动力弥散系数参数。得出拟合曲线与实测值的相关系数为0.9367,吻合性好,则拟合后用指数函数来表达更为适宜,拟合的精度较高。(2)在室内进行土柱垂直入渗试验过程中。首先,根据研究区的水文地质条件及地下水的矿化程度,制定出合适模型试验方案,结合相应的数学模型,确定出适合研究区的土壤水力特性参数模型,分析该研究区在整个过程中的水盐动态变化规律。对建立的数值模型运用有限体积法进行了模拟,将不同的离散格式应用到具体的算例中进行对比分析,得出全隐式格式更适合用于模型的离散处理。在解决非饱和土壤水分运动的问题时,我们发现有限体积法对于求解更占优势。(3)土壤水盐运移动态变化受多种因素影响,首先,分析了监测区内不同深度下土壤水盐运移的变化特征,主要是蒸发前后的水分及盐分的变化趋势。然后在室内模型实验的基础上,建立二维土壤水分运移数值模型方程,并用有限体积法进行离散,选取合适的离散格式,采用精度较高的算法对离散方程组进行求解。将7月至12月份间的大田实验数据,与其模拟值进行对比,验证其模型的可靠性。通过数值模拟对盐碱地的地下水及土壤水盐的动态进行定量分析,从而基本掌握水盐动态的规律,为银北地区盐碱地的合理治理给出更为科学的建议。
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