降雨条件下非饱和土壤水下渗过程的试验研究与数值模拟

摘要

降雨入渗是自然界水循环的重要环节，实质是地面土壤将雨水进行分配的过程，一部分补充土壤水分和地下水，而未渗入地下的雨水则以径流的的形式汇入河道流出。自然界中的土壤大多为非饱和土壤，非饱和土壤在降雨入渗过程中起到非常重要作用。进行非饱和土壤降雨入渗过程的水分运动规律研究对于降雨引起的浅层滑坡预测、农业灌溉规划设计、保护和改良土壤、水资源评价、水土保持等科研方向有着很强的理论和实际意义。
　　本研究主要内容包括：⑴制作了室内一维降雨入渗实验土柱模型，控制降雨条件进行一维入工降雨入渗试验，获得实验非饱和土壤含水量及其基质势实时变化数据观测湿润峰推进过程，推求土水特征曲线。⑵基于实验室内一维降雨入渗试验数据，分析了土柱干密度、初始含水量和土类性质对非饱和土壤入渗率的影响，拟合出入渗稳定后的渗透系数与初始体积含水量的经验公式，以及入渗稳定后的渗透系数与气相饱和度的经验公式。⑶利用物理模型法来推求土壤的基质吸力和体积含水量，通过土壤颗分试验得到土壤的基质势和体积含水量，通过MATLAB计算软件最优化工具箱里非线性拟合函数lsqcurvefit拟合van-Genuchten模型的参数，得到相同同条件下初始含水量和干密度土壤的van-Genuchten模型参数。⑷利用HYDRUS-1D建立降雨入渗模型，通过模拟数据对比实验土柱模型实测数据的拟合度，验证数值模型是有效的。

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选题依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本章小结

2 非饱和土壤水分运动基本理论

2.1 相关物理指标的定义与术语介绍

2.2非饱和土壤的水分运动基本理论和数值解法

2.3方程的初始条件和边界条件

2.4入渗率的影响因素

2.5本章小节

3 非饱和土壤的土水特征的实验与推求

3.1 压力膜仪及其原理

3.2 压力膜仪法测土壤特征曲线

3.3 数模法计算土水特征曲线

3.4 VG模型函数计算与拟合

3.5拟合结果

3.6本章小节

4 非饱和土壤一维降雨入渗试验

4.1 试验目的

4.2 非饱和土壤物理性质测定实验

4.3一维降雨入渗实验步骤

4.4 试验结果

4.5实测湿润锋结果分析

4.6 本章小结

5非饱和土壤一维降雨入渗数值模拟

5.1数值模型软件HYDRUS-1D

5.2建立降雨入渗模型

5.3实测值与模拟结果比较结果比较

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间参与的项目及发表的文章