论文部分内容阅读
数值模拟是认识地下滴灌条件下土壤水分运动规律的重要方法之一,其可为灌溉管网的设计和合理的灌溉制度的制定提供理论指导。本文在综述了国内外在土壤水分运动数值模拟及其软件研制方面的研究进展后发现,地下滴灌管边界条件处理方法还不够完善,现有土壤水分运动数值模拟软件在土壤水分动力学参数输入方面具有一定的限制和不足。这也是本文研究所要解决的主要问题。 本文建立了适合地下滴灌条件下以压力水头为因变量的二维土壤水分运动数学模型。以压力水头为因变量的数学模型可以模拟供水压力和灌水器特性对灌溉效果的影响。本文同时着重论述了微孔管型滴灌管三类边界条件的处理方法和计算方法,并详细讨论了求解控制方程的交替方向隐式差分(ADI)方法。 在明确数学模型的基础上,本文采用面向对象的开发方法和迭代增量式的开发过程分析、设计并采用面向对象的编程语言Visual C++.Net实现了地下滴灌条件下土壤水分运动数值模拟软件系统(命名为WMTrace)。软件经过严格测试,运行可靠、操作方便。WMTrace支持土壤水分动力学参数数学表达式的动态创建,并允许输入剖面含水量或土水势分布数据作为模拟的初始条件。软件具有进行含水量方程和土水势方程的一维、二维模拟能力,并具有进行土壤水分再分布过程的模拟功能。 本文以微孔管为灌水器材,设计了符合二维水流运动要求的地下滴灌室内实验。通过对比实验结果与模拟结果,验证了本文所建立的数学模型、边界条件和求解方法具有较高的精度(相对误差在7%以内),证明了本文所设计的地下滴灌条件下土壤水分运动数值模拟软件WMTrace可用于模拟地下滴灌条件下的土壤水分运动。在此基础上,采用WMTrace对不同土壤初始条件和灌溉系统设计参数下的土壤水分运动规律进行了仿真研究,证明土壤初始含水率、灌水压力和灌水器特性对灌溉效果均有较大影响。为达到良好的灌溉效果,需综合各因素对地下滴灌的影响进行灌溉系统的设计。本文研制的地下滴灌条件下土壤水分运动数值模拟软件WMTrace具有一定的通用性,可用来指导地下滴灌系统的设计。