【摘 要】
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非饱和土壤水运动和溶质运移模型中的参数取值,是影响非饱和土壤水和溶质运移数值计算的精度的关键。本文采用室内试验、数值模拟和理论分析相结合的研究方法,综合运用土壤水
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非饱和土壤水运动和溶质运移模型中的参数取值,是影响非饱和土壤水和溶质运移数值计算的精度的关键。本文采用室内试验、数值模拟和理论分析相结合的研究方法,综合运用土壤水动力学、溶质运移理论、有限差分法、人工智能优化算法、多目标规划和先进的测试技术等理论和方法,开展一维入渗非饱和土壤水和溶质运移模型参数识别研究,取得以下主要研究成果: (1)以土壤含水率实测值和计算值均方差最小为优化目标,建立了非饱和土壤水运动模型参数识别优化模型;将有限差分法分别与粒子群算法、模式搜索算法、蚁群算法相结合,构建了三种模型参数识别方法;用实测土壤含水率验证了这三种非饱和土壤水运动模型参数识别方法的可行性。 (2)分别以土壤含水率和溶质浓度的实测值与计算值均方差最小为优化目标,建立了非饱和土壤水分和溶质运移模型参数识别多目标优化模型;分别采用线性加权法、动态加权法、目标函数值法将多目标优化问题转化为单目标优化问题;在此基础上,采用有限差分与遗传算法对模型求解,获得模型参数值。实测数据验证表明:动态权重法优于线性加权法和目标函数值法。 (3)根据入渗试验数据,分别建立了湿润峰、累积入渗量、入渗率和入渗溶液浓度、土壤初始含盐量以及入渗时间的量化关系。在考虑非饱和土壤水和溶质运移耦合效应条件下,建立了以土壤含水率和土壤溶液浓度为自变量的非饱和土壤水运动模型中的扩散率和导水率计算公式;建立了以土壤含水率和土壤溶液为自变量的非饱和土壤水溶质运移模型参数中水动力弥散系数计算公式;在此基础上,提出了模型参数识别方法;分别用不同浓度溶液入渗和不同土壤初始含盐量清水淋洗试验数据对这~方法进行验证,表明这一方法具有较强的普适性。 (4)实测数据时空布局对土壤水分和溶质运移模型参数识别具有较大影响。对于沙壤土、粉壤土和粘壤土一般可取入渗时间为300~400min.500~800min和800~1200min之间的两组数据,参数识别精度较高;空间采样点适宜间距为2.5cm,即可保证参数识别的精度要求:这一结论,即可保证参数识别精度要求,又可大量减少试验工作量,同时又可降低对试验土柱的扰动。
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