基于SHAW模型高寒区冻融土壤水热耦合过程数值模拟
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冻土水热耦合方程及数值模拟研究冻土是指由于气温低而使得土壤和岩石层中的水分冻结成冰的地质现象。
在冻土地区,土壤和岩石层的物理性质和工程性质会受到极大的影响,因此,对于冻土的研究具有重要的实际应用价值。
冻土水热耦合方程是描述冻土中水分、热量和力学过程之间相互关系的数学模型,而数值模拟则是利用计算机技术对冻土水热耦合方程进行求解和分析的重要手段。
本文将介绍冻土水热耦合方程及数值模拟研究的意义、现状、方法、结果和讨论,并总结研究成果和不足之处,提出未来的研究方向。
在国内外相关领域的研究中,冻土水热耦合方程的研究已经取得了重要的进展。
在模型方面,研究者们基于不同的物理力学原理,建立了一系列冻土水热耦合方程,如Richards方程、能量平衡方程、力学平衡方程等。
在数值模拟方面,研究者们采用了不同的数值方法,如有限元法、有限差分法、边界元法等,对冻土水热耦合方程进行求解和分析。
同时,研究者们还通过实验观测和现场测试等方法,对冻土水热耦合方程进行了验证和修正。
本文采用了理论和数值模拟相结合的方法,对冻土水热耦合方程进行了研究。
基于Richards方程和能量平衡方程,建立了冻土水热耦合方程组。
然后,利用有限元法,对冻土水热耦合方程组进行了离散化和求解。
在数据采集和处理方面,通过实验观测和现场测试等方法,获得了冻土的含水率、温度、力学性质等数据,利用这些数据对冻土水热耦合方程进行了验证和修正。
通过数值模拟和实验数据的分析,本文得到了以下研究结果:冻土水热耦合方程能够有效地描述冻土中水分、热量和力学过程之间的相互关系,预测冻土的含水率、温度和力学性质的变化;利用有限元法对冻土水热耦合方程进行数值模拟,能够得到冻土中水分、热量和力学过程的分布和变化规律,为冻土工程的设计和施工提供重要的参考依据;实验观测和现场测试等方法可以得到冻土的含水率、温度、力学性质等数据,这些数据可以用来验证和修正冻土水热耦合方程。
本文的研究结果具有一定的合理性和局限性。
高寒干旱地区土壤水热盐耦合机理及模型研究高寒干旱地区的土壤,那可真是个难搞的东西啊。
你想象一下,那地方的天气总是又冷又干,土壤几乎没有水分,干得像锅底的老油,尤其在冬天,冻得一层厚厚的冰,连个蚂蚁都能冻成冰棍。
就是这种恶劣的环境,让这里的植物、动物,甚至人类都活得格外辛苦。
可是,土壤的水热盐耦合机理,也就是水分、热量和盐分之间的互动,真的是个极其复杂的课题,弄懂了它,就能更好地应对这些问题。
你想,干旱地区的土壤,水分本来就稀缺,就像在沙漠里找水一样难。
而且一到冬天,温度骤降,水分根本就难以渗透进去,甚至连地下的水都变成了坚硬的冰层。
想要让这些土壤能有效地保持水分,真的是要靠天吃饭。
我们常说“靠天吃饭”,其实就是指天时的重要性。
这里的天,既是温度,也可能是那点稀薄的降水。
要搞清楚水热盐之间的关系,就得从这两方面着手。
比如说,土壤的温度会直接影响水分的蒸发,也影响着盐分的溶解度。
想象一下,你在夏天把盐撒到沙滩上,太阳一晒,盐就融化了,水分蒸发掉,留下的就是一层白白的盐碱。
可是,问题来了!土壤里面的盐,往往会通过水分的蒸发,慢慢积累,时间久了,就像是“积少成多”,土壤里那股子盐分,越来越高,植物的根系吸收水分的时候,也得面对这些盐的“挑战”。
说白了,就是给植物加了不少“麻烦”。
这个过程叫做“盐碱化”,对植物的生长可真是个大障碍。
特别是在高寒干旱的地区,气候条件那么恶劣,盐分的积累更加严重,根本就不给植物留活路。
而说到热量,嘿嘿,它可比水分和盐分还要狡猾。
因为热量会影响到土壤的水分循环。
你想,气温一高,水分就会蒸发得飞快,土壤就变干,盐分的浓度也随之上升,恶性循环就开始了。
可要是气温一低,水分反而会因为冻结无法流动,也会导致盐分堆积。
而这些盐,又会影响土壤的通透性,影响水分的渗透,最终影响土壤的整体健康。
就像是开了个无解的“死循环”,让人看了都想抓狂。
所以,要解决这个问题,咱们得做点文章。
简单来说,就得研究这些水、热、盐的相互作用,找出它们之间的规律,建立一个合理的模型。
冻融问题渗流场和温度场耦合数值模拟摘要:冻融作用在自然界中普遍存在,如自然环境科学中渗流与温度的相互作用会影响到渗流场和温度场的分布,从而影响生物的生存环境。
高寒地区工程的冻融破坏作用例如路基冻胀稳定问题,寒区隧道的冻胀破坏等,这些都是渗流和温度的耦合问题。
为了揭示冻融作用下渗流场和温度场的变化规律,建立了描述渗流场及温度场耦合的偏微分方程,其中渗流方程中考虑了温度作用引起的介质渗透特性的变化和水量变化及温度梯度对渗流的影响。
在温度方程中考虑了相变对介质热物理参数的影响及水流动引起的对流作用影响。
然后利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics成功的求解该方程组,通过算例与Lunardini的解析解进行了对比,验证数学模型的合理性。
最后通过一个冻结壁算例,计算了在水流和热传导作用下的冻融情况和温度场的变化规律。
结果表明温度场对渗流场分布有一定的影响,同样渗流对冻融作用的影响显著,在冻融和渗流的作用下温度场发生了明显的变化。
关键词:渗流场温度场耦合冻融相变数值模拟引言1973年Harlan.R.L.提出第一个水热迁移耦合模型[4],他的基本思想是水的迁移类似于非饱和土体中水分的迁移,因此在水分场数学描述中应用了达西定律。
随后有许多学者对水热耦合模型。
但Harlan模型仍然被广泛使用。
Lai Yuanming[5]运用水热耦合模型计算指出,渗流作用降低了隧道的冻深。
令峰[6]等在分析多年冻土地区路基稳定性时,对地表水入渗的影响进行了分析,在模型的建立中考虑了水流对温度场的影响,计算结果表明,渗流作用加深了季节融化。
Jeffrey M. McKenzie[8]等运用Sutra软件对带相变的渗流温度耦合进行数值模拟分析了参数的影响,并提出了验证模型。
张旭芝[9]也对高原多年冻土涵洞温度场及地基土冻融变形规律进行了研究分析。
由于温度场中相变的作用会对耦合作用更加剧了温度场与渗流场的耦合性。
土壤冻结条件下水、热耦合运移数值模拟研究
朱焱;陈晓飞
【期刊名称】《农业网络信息》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】根据冻结条件下非饱和土壤水分运动和热量迁移的基本方程,推求冻土水热耦合迁移的数学模型,采用Grank-Nicolson计算格式及迭代方法进行求解.通过计算与实验结果对比,表明采用的数学模型和数值计算方法可靠,为模拟各种不同条件下的土壤冻结过程创造了条件.
【总页数】3页(P28-29,32)
【作者】朱焱;陈晓飞
【作者单位】沈阳农业大学,辽宁,沈阳,110161;沈阳农业大学,辽宁,沈阳,110161【正文语种】中文
【中图分类】S126
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4.复杂岩溶条件下锰矿尾矿库地下水溶质运移特征数值模拟研究 [J], 江成鑫;赵江;
张洪文
5.土壤水-汽-热耦合运移的数值模拟研究与验证 [J], 乔星华;董晓华;孙媛;刘旋旋因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
正冻土中水热耦合数学模型及有限元数值模拟
汪仁和;李栋伟
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2006(031)006
【摘要】根据人工多圈管冻结模型试验,认为温度梯度是引起水分迁移的主要原因.提出了正冻土中水热耦合控制微分方程,并在ADINA有限元程序中实现了水、热耦合的数值模拟.数值模拟数据与模型试验中的测点温度、含水量变化规律一致,表明利用该方法可以进行人工多圈管冻结壁形成过程的水热耦合分析.
【总页数】4页(P757-760)
【作者】汪仁和;李栋伟
【作者单位】安徽理工大学,教育部"矿山地下工程"研究中心,安徽,淮南,232001;安徽理工大学,安徽省高校"矿山建设工程"重点实验室,安徽,淮南,232001;安徽理工大学,土木工程系,安徽,淮南,232001;安徽理工大学,土木工程系,安徽,淮南,232001【正文语种】中文
【中图分类】TU445
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3.基于水热耦合模型的干旱寒冷地区冻融土壤水热盐运移规律研究 [J], 李瑞平;史海滨;赤江刚夫;张艺强
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5.饱和正冻土中水热迁移的热力学模型(英文) [J], 郭力;苗天德;张慧;牛永红
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SHAW模式对青藏高原中部季节冻土区土壤温、湿度的模拟郭东林;杨梅学【期刊名称】《高原气象》【年(卷),期】2010(29)6【摘要】利用水热耦合模式(Si multaneous Heat and Water,SHAW)及"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)"中那曲地区BJ站2002年8月1日—2003年8月31日的观测资料,对青藏高原中部季节冻土区的土壤温湿特征进行了单点模拟研究。
SHAW模式能较好地模拟BJ站不同深度土壤温度,模拟值与观测值的相关系数在0.97以上,平均偏差在1℃以内。
随着土壤深度增加,土壤温度的模拟效果变好,100 cm以下土壤温度的观测值和模拟值基本吻合。
由于净辐射和土壤热通量在冬、春季的模拟值较观测值略偏大,使得模拟的土壤温度在冬、春季也略微偏大。
就模拟结果而言,60 cm以上土壤温度对降雪是比较敏感的。
模拟的土壤湿度基本上能够再现土壤未冻水含量随时间的实际变化趋势,除4 cm土壤层外,其他层的模拟值与观测值差异较大。
由于影响土壤湿度的因素较多及其本身具有较复杂的相态变化,陆面模式中对其进行合理的参数化仍是难点之一。
【总页数】9页(P1369-1377)【作者】郭东林;杨梅学【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心【正文语种】中文【中图分类】P437【相关文献】1.CLM4.5模式对青藏高原土壤湿度的数值模拟及评估2.青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅰ):土壤湿度3.利用TRMM/TMI资料反演青藏高原中部土壤湿度4.青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析5.黄河源区若尔盖站冻融期土壤温、湿度的模拟与改进因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
冻结条件下土壤水热耦合迁移的数值模拟
土壤水热耦合迁移是指土壤中水分和热量在空间和时间上的相互作用过程,其结果表
现为蓄水能力和温度及其变化率之间的关系。
由于土壤的蓄水能力和耗热能力的影响,水
分和热量的迁移受到显著的限制。
然而,对于沟渠内进行冻结条件下的土壤水热耦合迁移。
模拟难度较高,传统数值模拟方法无法在计算时间和计算精度之间进行平衡。
为了改变这种情况,研究者们在近年来提出了一些新的数值模拟方法,以模拟土壤水
热耦合迁移的冻结条件下的土壤水热耦合迁移。
重要的研究将多屏蔽模型与迭代路径模型
结合,模拟水热耦合的迁移的过程。
其基本原理是将土壤局部不同的水迁移方程,热量迁
移方程分割拆分,在局部位置乘以非简单的函数系数。
然后可以建立起有效迭代,从而在
计算时间和计算精度之间更加平衡。
另一方面,对于不同土壤类型,存在显著的土壤理化性质差异,以影响其水热耦合迁
移的过程。
在这种情况下,在建立数值模拟模型时,需要考虑不同土壤类型的地层特性,
进一步建立更加综合考虑的水热模型,探讨土壤因素相互作用对水热耦合迁移过程的影响,以期更好地模拟和预测沟渠内冻结条件下的土壤水热耦合迁移过程。
总而言之,土壤水热耦合迁移在冻结情况下,更加复杂,但如果采用有效的数值模拟
手段,且考虑到不同土壤类型的因素,则可以更好地模拟冻结条件下的土壤水热耦合迁移
的过程。
基于SHAW模型的黄土高原半干旱区农田土壤水分动态模拟成向荣;黄明斌;邵明安【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2007(23)11【摘要】黄土高原半干旱区土壤蒸发强烈,准确地掌握土壤水分动态对于旱地农业水分管理至关重要.应用基于物理基础的一维水热耦合SHAW(The Simultaneous Heat and Water)模型,模拟了陕西子洲岔巴沟流域1964~1967年土壤水分和土壤蒸发的动态特征,以及神木六道沟流域2006年坡地和梯田土壤水分变化.结果表明,除表层土壤水分模拟结果偏差较大,其他土层模拟值与实测值基本吻合,模拟期土壤水分模拟的相对平均绝对误差(Relatively Mean Absolutely Error, RMAE)为5.2%~11.4%.1964~1967年土壤累积蒸发量模拟值与实测值平均相对偏差为0.8%~6.1%,土壤蒸发的模拟值与实测值较为一致.因此,SHAW模型可以用于黄土高原半干旱区农田土壤水分动态规律研究.【总页数】7页(P1-7)【作者】成向荣;黄明斌;邵明安【作者单位】中国科学院水利部西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌,712100;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院水利部西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌,712100;中国科学院水利部西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌,712100【正文语种】中文【中图分类】S152.7【相关文献】1.黄土高原半干旱区人工林地土壤水分变化模型 [J], 刘赛可;郭满才;郭忠升;李吉印;王振凤2.黄土高原半干旱区农田土壤水分动态及其调控——以甘肃为例 [J], 张正栋3.基于SHAW模型的科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态模拟研究 [J], 王驰;刘小燕;刘巧玲;刘廷玺4.基于BEPS模型的雨养冬小麦农田土壤水分动态模拟 [J], 郭其乐;李军玲5.非充分灌溉农田土壤水分动态模拟模型 [J], 张展羽;赖明华;朱成立因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于计算流体力学的寒区土壤水热耦合模型研究胡锦华;陆峥;仝金辉;李小雁;刘绍民;杨晓帆【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2021(43)4【摘要】土壤水文过程(水分运移和传热)及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题。
然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂。
此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料。
近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学机制的重要途径。
基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法,构建了高分辨率、适用于完全饱和状态下的寒区土壤水热耦合模型,且自主研发了相应的数值求解器和软件包。
随后,通过一系列完全饱和状态下的验证算例,如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例和室内土柱冻结实验等,对已构建的模型进行了系统的检验。
模型模拟结果与解析解、基准算例的结果以及实验数据相比,均有较好的一致性,表明该模型较为准确且高效地模拟了寒区土壤在完全饱和状态下的水分运移和传热过程,尤其能够精细刻画冻土水-冰相态变化等关键过程,有望成为研究寒区土壤水文过程的有力工具。
【总页数】16页(P948-963)【作者】胡锦华;陆峥;仝金辉;李小雁;刘绍民;杨晓帆【作者单位】北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室;北京师范大学地理科学学部自然资源学院【正文语种】中文【中图分类】P642.14;P334.92【相关文献】1.基于水热耦合模型的干旱寒冷地区冻融土壤水热盐运移规律研究2.土壤水热耦合模型研究进展3.基于计算流体力学的数据中心机器学习热模型数据增强技术4.基于计算流体力学的数据中心机器学习热模型数据增强技术5.基于SHAW模型高寒区冻融土壤水热耦合过程数值模拟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于SHAW模型的冬小麦近地面层气温模拟刘峻明;汪念;王鹏新;胡新;黄健熙【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(0)S1【摘要】利用一维多层水热耦合SHAW(The simultaneous heat and water)模型,在田间实验的基础上,模拟河南省商丘地区2015年冬小麦拔节后近地面层0~40 cm垂直方向上的每小时气温变化特征。
结果表明,冬小麦近地面层气温模拟整体效果较好,其中48%模拟的绝对误差低于1℃,75%模拟的绝对误差低于2℃,不同高度上模型效率ME均大于0.94;夜晚气温的模拟效果优于白天的模拟效果,白天11:00—14:00气温被过低估计,并随着近地面层高度的增加,模拟值误差越大;近地面层内3种气温特征值模拟效果的优劣依次为:日平均气温、日最低气温、日最高气温,其中,日平均气温模拟值与实测值基本吻合,日最低气温被略微高估,日最高气温被过低估计。
此外,SHAW模型在冬小麦拔节后6个生育期的模拟效果均存在差异,拔节期、灌浆期和乳熟期模拟效果较好,孕穗期和开花期次之,抽穗期模拟效果相对较差。
【总页数】9页(P274-282)【关键词】冬小麦;气温模拟;近地面层;SHAW模型【作者】刘峻明;汪念;王鹏新;胡新;黄健熙【作者单位】中国农业大学信息与电气工程学院;商丘市农林科学院小麦研究所【正文语种】中文【中图分类】S512.11【相关文献】1.基于SHAW模型对拉萨河谷冬小麦农田生态系统水分传输特征的模拟研究 [J], 尹志芳;欧阳华;徐兴良;张宪洲2.基于WOFOST-SHAW耦合模型的冬小麦冠层气温模拟 [J], 王鹏新;刘丽娜;刘峻明;胡新3.基于SHAW模型的冬小麦叶温模拟 [J], 刘峻明;崔珍珍;潘佩珠;王鹏新;胡新4.基于SHAW模型的干旱区农田水量平衡模拟研究 [J], 陈军武5.基于HASM-SSOR模型的近60年来中国气温与降水变化趋势模拟 [J], 赵娜;岳天祥;范泽孟;王晨亮因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于SHAW模型的青藏高原唐古拉地区活动层土壤水热特征模拟刘杨;赵林;李韧【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2013()2【摘要】利用唐古拉综合观测场活动层及气象塔2007年的数据资料,结合SHAW 模型在3种不同地表反照率选取方案下进行模拟试验,对唐古拉地区活动层土壤水热特征进行了单点数值模拟研究.通过观测值与3种模拟值的对比分析,结果表明:SHAW模型能够较为好地模拟多年冻土区地表能量通量、活动层土壤温度特征,而对土壤含水量模拟不太理想,但对其变化趋势模拟较好;在模拟试验中,模型输入参数地表反照率取1-12月各月平均地表反照率后,模型对地表能量通量、活动层土壤温度和湿度的模拟效果有了明显的提高;而用一种地表反照率参数化方案的计算结果对模型输入参数进行修正后,模型对活动层土壤温度和湿度的模拟效果有了明显的提高,对地表能量通量的模拟效果提高不明显.总体上,SHAW模型对高原多年冻土区土壤冻融过程的模拟具有优势,是研究高海拔多年冻土区活动层土壤水热过程较为理想的陆面模型.【总页数】11页(P280-290)【作者】刘杨;赵林;李韧【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所青藏高原冰冻圈观测研究站;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所【正文语种】中文【中图分类】P642【相关文献】1.唐古拉地区活动层土壤水热特征的模拟研究2.唐古拉地区活动层水热状况及地气系统能水平衡分析3.青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素4.青藏高原唐古拉地区暖季土壤水分对地表反照率及其土壤热参数的影响5.基于KNN 机器学习方法对青藏高原唐古拉地区表层土壤水热状况的模拟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于SHAW模型对农田小气候要素的模拟肖薇;郑有飞;于强【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2005(025)007【摘要】能量平衡是作物冠层水热传输的基础,气象因子(如空气温度、湿度、风速和土壤温度)是影响作物活动的外界条件,而叶温反映作物的整体健康状况.对冠层状况的理解和模拟有利于了解小气候特征并加强农田管理.采用SHAW(the SimultaneousHeat and Water)模型模拟:冠层表面能量平衡,表面辐射温度,冠层中叶温、气象要素和土壤温度廓线,模型的输入数据来源于华北平原禹城综合试验站.模型很好的模拟了表面能量平衡、冠层表面辐射温度、土壤温度、冠层2/3高度以下叶温和2/3高度以上气象要素.模型模拟净辐射(Rn)的效率达到0.97,潜热(LE)和感热通量(Hs)的模拟效率分别为0.81和0.78,模拟的表面辐射温度与实测值吻合较好,其模拟效率为0.91,冠层2/3高度以下的叶温模拟效率为0.76~0.86,但该高度以上的模拟结果不理想.除了2cm深度外,各层土壤温度模拟较好.【总页数】9页(P1626-1634)【作者】肖薇;郑有飞;于强【作者单位】南京信息工程大学环境科学系,南京,210044;南京信息工程大学环境科学系,南京,210044;中国科学院地理科学与资源研究所,北京,100101【正文语种】中文【中图分类】Q145【相关文献】1.基于WOFOST-SHAW耦合模型的冬小麦冠层气温模拟 [J], 王鹏新;刘丽娜;刘峻明;胡新2.基于SHAW模型的冬小麦叶温模拟 [J], 刘峻明;崔珍珍;潘佩珠;王鹏新;胡新3.基于SHAW模型的科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态模拟研究 [J], 王驰;刘小燕;刘巧玲;刘廷玺4.基于SHAW模型的冬小麦近地面层气温模拟 [J], 刘峻明;汪念;王鹏新;胡新;黄健熙5.基于SHAW模型的干旱区农田水量平衡模拟研究 [J], 陈军武因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
饱和土壤冻融过程中水热迁移数值模拟
石春林;虞静明
【期刊名称】《中国农业气象》
【年(卷),期】1998(019)004
【摘要】利用土壤冻融过程的水热传输方程,模拟了饱和土壤冻融的年变化过程,分析了土壤冻结深度的年变化规律和水分向冻结界面迁移的特征。
同时亦对影响土壤冻结深度的温度因子做了探讨。
【总页数】6页(P21-26)
【作者】石春林;虞静明
【作者单位】江苏省农业科学院现代化所;江苏省农业科学院现代化所
【正文语种】中文
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1.非饱和土壤冻融过程中水、热耦合运移数值模拟研究 [J], 朱焱;陈晓飞;马巍;邓
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3.土壤冻融过程中的多层水热耦合模拟研究 [J], 李佳;周祖昊;王浩;王康
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5.科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态迁移规律 [J], 刘小燕;刘巧玲;刘廷玺;段利民;岳翠桐
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基于SHAW模型高寒区冻融土壤水热耦合过程数值模拟
郑丽萍;甘永德;魏加华;李润杰;吴玉帅;王冠楠
【期刊名称】《水利水电技术(中英文)》
【年(卷),期】2022(53)6
【摘要】针对青海省这类高寒地区对其冻融土壤的水热耦合过程开展科学合理的研究,有利于水土流失的防治和生态环境的建设。
试验于青海省德令哈市怀头他拉试验基地开展,采用TDR水分温度自动监测系统进行冻融土壤含水量和温度进行监测与记录。
从2020年7月至2021年3月长达八个多月对土壤含水量和温度进行动态监测试验,结果表明:土壤在冻融阶段,其温度与空气温度具有同步变化的规律;外界环境变化对表层土壤含水量产生的影响较大,且土层越深影响越小;土壤含水量与温度具有相似的波动规律,都经历了一个下降、稳定、回升的过程。
根据试验数据,利用SHAW模型进行该试验基地冻融土壤水热耦合过程的数值模拟,并对模拟结果展开分析,最后,根据Nash效率系数、标准差、平均偏差等指标对模型的模拟结果进行评价。
模拟结果显示:地表下不同深度处土层温度的Nash效率系数(NSE)皆大于0.95,标准差(RMSE)在0.121~2.350之间,平均偏差(MBE)在0.001~0.678之间;不同土层含水量的Nash效率系数(NSE)都在0.83以上,标准差(RMSE)在
0.001~0.0111之间,平均偏差(MBE)在0.001~0.006之间;根据模型模拟效率,可以认为土壤温度和含水量的模拟效果都是较为良好的,模拟结果都具有一定的可信度,能够较为真实地反映土壤各节点温度和含水量的动态运动规律和实际分布情况。
【总页数】11页(P194-204)
【作者】郑丽萍;甘永德;魏加华;李润杰;吴玉帅;王冠楠
【作者单位】青海大学水利电力学院;清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】S152
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1.非饱和土壤冻融过程中水、热耦合运移数值模拟研究
2.冻融过程土壤水热力耦合作用及其模型研究进展
3.季节性冻融土壤水热耦合迁移的数值模拟
4.基于SHAW 模型的科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态模拟研究
5.模拟冻-融过程的热-水-应力耦合模型及数值分析
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