利用COMSOL软件模拟真实虫洞存在下的土壤入渗过程

张杰1, 刘刚2
1中国农业大学 北京 中国
2中国农业大学 北京 中国
Published in 2020

优先流作为结构性土壤水分入渗的主要方式,影响着作物对降水以及灌溉用水的利用效率,同时影响污染物在土壤中的迁移过程。虫洞等大孔隙是产生优先流的重要因素,准确评估优先流运动对于土壤入渗的研究具有重要意义。本文主要借助COMSOL Multiphysics软件,探索虫洞的存在对土壤水分入渗的影响。我们结合熔锡灌注法和三维激光扫描法,从田间土壤中提取到真实的虫洞三维结构,然后将真实的虫洞3D结构导入COMSOL5.5中,构建土壤入渗模型。该模型主要用到多孔介质和地下水流模块的理查德方程,其中土体主要由虫洞和土壤基质两部分构成。研究中分别将虫洞部分的饱和导水率设置为通过泊肃叶方程计算的饱和导水率(Ks1)以及常用砂土的饱和导水率(Ks2),比较两种情景设置下的土壤入渗情况。模拟结果显示,虫洞的存在改变了土壤入渗界面的水头变化,极大地促进了水分向下运移。特别是虫洞部分设置为Ks1的土壤,其整个土体的饱和导水率提高了11.09-120.46倍,但虫洞设置为Ks2的土体,其整体饱和导水率基本上没有变化。研究中通过COMSOL软件的模拟,真实反映了虫洞存在下的土壤水分入渗过程,提高了我们对田间土壤水分入渗过程的理解。

Téléchargement