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黄土水分入渗规律的数值模拟研究
潘振辉,李 萍,肖 涛
西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系,陕西 西安 710069
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摘要:

运用数值模拟手段研究地表入渗作用下土水特征曲线(SWCC)参数与边界条件对入渗结果的影响,以探究黄土中水分入渗的规律。使用HYDRUS1D软件建立土柱试验数值模型,使用控制变量法,逐一改变SWCC参数(VG模型参数)与边界条件以探究其各自对模拟结果的影响。模拟结果显示: 入渗速率、特定时间节点的入渗深度与饱和渗透系数ks成正比,与饱和含水率θs成反比,与VG模型参数α成反比,与VG模型参数n成正比,与残余含水率θr几乎没有关系,与入渗边界的水头高度呈正比。研究结果表明,饱和渗透系数ks是非饱和渗流的重要影响因素,饱和渗透系数较大,代表土体更松散,导水能力更好。提高模型饱和含水率θs会使入渗速率下降,入渗深度变浅,这是因为提高饱和含水率影响了土体中初始水分的分布,水分在土体中形成的连续性通道变少。残余含水率与土体中自由水的运移无关,因而对土体中的水分渗流没有影响。SWCC参数α、m、n的大小与土体孔隙结构、颗粒组成有关,改变SWCC参数会使土的渗流特性发生改变。上部水头增大会使渗流加快,但在超出土体饱和渗流能力的情况下,增大上部边界水头对渗流影响很小。

关键词: 数值模拟; 水分迁移; 黄土;降雨入渗; HYDRUS1D
发表年限: 2021年
发表期号: 第3期