亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一維水分運(yùn)移模型水力參數(shù)敏感性分析

        2019-06-04 07:34:10劉明明呂婷婷霍世璐
        中國(guó)農(nóng)村水利水電 2019年5期
        關(guān)鍵詞:影響模型

        劉明明,段 磊,張 琛,宋 浩,呂婷婷,霍世璐

        (1.長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,西安 710054;2.旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710054)

        近年來(lái),隨著計(jì)算的發(fā)展,利用數(shù)值模擬手段,研究包氣帶水分運(yùn)移已經(jīng)日益引起了人們的重視,并逐漸成為研究包氣帶水分運(yùn)移規(guī)律的重要手段[1-3],但是,由于模型參數(shù)的不確定性影響了模型精確度,給建立包氣帶一維水分運(yùn)移模型的取值,造成了很大的困難,所以為了提高模型精度,針對(duì)參數(shù)的不確定性,進(jìn)行定量的分析與研究有著重大意義。

        在數(shù)值模擬中,分析和測(cè)定模型參數(shù)對(duì)模型輸出結(jié)果的影響,這就是參數(shù)的敏感性分析[4,5]。目前,針對(duì)參數(shù)的不確定性對(duì)包氣帶水分運(yùn)移模型的研究比較多。王志濤等[6]利用HYDRUS-1D,采用單因素?cái)_動(dòng)法,得出n、θs和k的擾動(dòng)對(duì)垂直濕潤(rùn)距離計(jì)算值和累積入滲量的影響最大;畢經(jīng)緯[7]、孟立江[8]以底部通量作為敏感性分析的指標(biāo),得出飽和水力傳導(dǎo)度是最敏感參數(shù);張?zhí)淼萚9]利用路面模型,得出淺層土壤水分對(duì)土壤質(zhì)地較為敏感,敏感性系數(shù)達(dá)到了0.45以上 ,并且砂土含量對(duì)土壤水分的影響更為顯著 ;但是,針對(duì)參數(shù)不確定性對(duì)非均質(zhì)剖面含水率空間分布的研究比較少。因此,本文基于HYDRUS[10]模型利用局部敏感性分析的方法,對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,旨在找出影響剖面含水率空間分布的顯著參數(shù),給借助模型研究土壤水分動(dòng)態(tài)提供參考。

        1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

        實(shí)驗(yàn)區(qū)位于新疆霍城縣伊犁河流域中下游的細(xì)土平原區(qū),該地區(qū)屬溫帶半干旱氣候,平均氣溫8.2~9.4 ℃,年平均蒸發(fā)量約850~1 000 mm,年平均降水量約140~460 mm。

        為觀測(cè)灌水之后剖面含水率的變化,利用含水率觀測(cè)儀器TDR,分別對(duì)剖面在0、10、20、40、60、90、140、190、200和240 cm深度的含水率進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)頻率為次/3 h。

        2 數(shù)值模擬

        2.1 概念模型

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)概況,建立一維水分運(yùn)移模型,模擬裸土試驗(yàn)場(chǎng)在灌水之后,水分在剖面上的空間分布。層狀非均勻包氣帶巖性如表1所示,其中主要巖性為粉質(zhì)黏土,并含有中砂以及粉土夾層(圖1)。因此,基于包氣帶巖層的考慮,本文將模型概化為四層。上邊界為開(kāi)放邊界,接受降水、灌溉水補(bǔ)給及土壤蒸發(fā)排泄,蒸發(fā)量根據(jù)中國(guó)氣象網(wǎng)提供的氣象數(shù)據(jù),利用Peman-Monteith計(jì)算得到[11,14]。潛水埋深為4.5 m,大于潛水面毛細(xì)上升高度,因此,本文將下邊界設(shè)置為自由排邊水邊界。

        表1 土樣顆粒分析實(shí)驗(yàn)表Tab.1 Soil sample particle analysis experiment table

        圖1 巖性剖面圖Fig.1 Lithology profile

        2.2 數(shù)學(xué)模型

        (1)

        式中:h為土壤負(fù)壓,cm;c(h)為容水度,1/cm;h0為初始土壤負(fù)壓值,cm;P為降雨量,cm/d;I為灌溉量,cm/d;E為蒸發(fā)量,cm/d;t為時(shí)間,d;B為模型下邊界;

        HYDRUS采用van-Genuchten模型描述土壤水分特征曲線和土壤導(dǎo)水率曲線兩類參數(shù)[15],模型表達(dá)公式如下:

        (2)

        (3)

        (4)

        式中:θ(h)為土壤的特征曲線;θ為土壤含水率,%;θr為土壤的殘余含水率,%;θs為土壤的飽和含水率,%;h為壓力水頭;K(h)為壓力水頭下的導(dǎo)水率,%;ks為飽和導(dǎo)水率,%;α、n和m為van-Genuchten模型的形狀參數(shù);Se為有效飽和度。

        2.3 模型的離散化

        采用等間隔的方法,以1 cm為間隔將包氣帶剖分為241個(gè)單元格,模擬期從2016年10月1日-2017年9月31日,從中分析參數(shù)對(duì)剖面含水率空間分布的影響,模型采用變時(shí)間間隔的方法,初始時(shí)間間隔為0.001 d,最小時(shí)間間隔為0.001 d,最大時(shí)間間隔為2 d。

        2.4 土壤參數(shù)的識(shí)別

        利用篩選法將用環(huán)刀在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)取的原狀土樣進(jìn)行定名,再利用TST-70飽和滲透儀,測(cè)出飽和導(dǎo)水率,最后利用德國(guó)生產(chǎn)的ku-pF非飽和導(dǎo)水率測(cè)定系統(tǒng)[16],得到負(fù)壓和含水率的關(guān)系,再利用MATLAB最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)擬合[17-19],得到土壤水力參數(shù)如表2。

        基于殘差平方和均方根誤差進(jìn)行誤差分析,并從表3的結(jié)果可知,土壤水分特征曲線擬合比較好,符合要求,因此本文將表2作為模型的初始值。

        表2 土壤水分特征曲線擬合參數(shù)以及實(shí)測(cè)參數(shù)Tab.2 Soil moisture characteristic curve fitting parameters and measured parameters

        表3 土壤水分特征曲線擬合誤差表Tab.3 Soil moisture characteristic curve fitting error table

        2.5 模型識(shí)別與驗(yàn)證

        模擬期內(nèi)經(jīng)過(guò)兩次灌水試驗(yàn),因此本文分別將兩次灌水后的第8 d剖面含水率作為識(shí)別與驗(yàn)證期,在經(jīng)過(guò)對(duì)比研究后,發(fā)現(xiàn)擬合效果良好(表4、圖2)。

        表4 識(shí)別后土壤水力參數(shù)Tab.4 Soil hydraulic parameters after identification

        圖2 土壤剖面含水率擬合圖Fig.2

        3 參數(shù)敏感性分析

        3.1 參數(shù)敏感性分析理論依據(jù)

        局部分析的方法,具有高效以及操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。因此,本文將利用局部分析的方法對(duì)參數(shù)空間中的一點(diǎn)進(jìn)行敏感性分析[20]。

        本文使用相對(duì)敏感性值將參數(shù)進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算出敏感指數(shù) ,并根據(jù)敏感數(shù)進(jìn)行分類[21,22]。

        I=(ΔO/ΔFi) (Fi/O)

        (5)

        式中:O為模型輸出結(jié)果;Fi為影響O的因子(參數(shù));ΔO為模型輸出結(jié)果的改變值;ΔFi為影響O的因子(參數(shù))的改變量。敏感性分類見(jiàn)表5。

        表5 敏感性分類Tab.5 Sensitivity classification

        3.2 參數(shù)取值

        根據(jù)上述巖層殘余含水率與室外實(shí)測(cè)初始含水率的對(duì)比發(fā)現(xiàn),當(dāng)殘余含水率增加的值超過(guò)20%時(shí),殘余含水率將高于巖層最低初始含水率,因此為了便于比較參數(shù)對(duì)剖面含水率的敏感性,本文將水力參數(shù)上下變幅統(tǒng)一變?yōu)?0%,以此來(lái)計(jì)算水力參數(shù)的敏感指數(shù),表6為水力參數(shù)取值范圍。

        表6 水力參數(shù)的取值Tab.6 Value of hydraulic parameters

        3.3 土壤含水量模型參數(shù)的敏感性分析

        本文利用參數(shù)局部敏感性分析的手段,通過(guò)改變水力參數(shù)的單一變量,來(lái)研究灌水15 cm之后,水力參數(shù)對(duì)剖面含水率影響的敏感指數(shù),結(jié)果如表7所示。

        表7 裸地情況下影響土壤含水量模型水力參數(shù)的敏感性分析Tab.7 Sensitivity analysis of hydraulic parameters affecting soil water content model under bare soil conditions

        本文認(rèn)為當(dāng)敏感指數(shù)絕對(duì)值大于0.05時(shí),即可認(rèn)為輸出結(jié)果對(duì)參數(shù)變化敏感(分級(jí)按照水力參數(shù)對(duì)剖面含水率影響的最大敏感指數(shù)進(jìn)行歸類)。

        從表7參數(shù)的敏感指數(shù)可知,粉質(zhì)黏土層θs1上浮20%時(shí),敏感指數(shù)屬于Ⅲ級(jí),最大敏感指數(shù)最大達(dá)到0.60,對(duì)土壤上部粉質(zhì)黏土剖面含水率,影響比較大,但是對(duì)下部其他巖層的影響比較小,當(dāng)θs1下浮20%時(shí),敏感指數(shù)屬于Ⅲ級(jí),最大敏感指數(shù)達(dá)到0.91,但影響范圍只局限于本巖層。中砂巖層θr2上下浮動(dòng)20%時(shí),敏感指數(shù)幾乎相等,同時(shí)達(dá)到Ⅲ級(jí),最大敏感指數(shù)達(dá)到0.98,對(duì)本層的剖面含水率影響最大,對(duì)其他巖層含水率并沒(méi)有造成太大的影響。粉土層 上浮和下浮20%時(shí),敏感指數(shù)差不多,最大達(dá)到0.72,同屬Ⅲ級(jí),對(duì)第三層剖面含水率影響比較大,當(dāng)n3上下浮動(dòng)時(shí),發(fā)現(xiàn)當(dāng)n3向下浮動(dòng)時(shí),其敏感指數(shù)達(dá)到了Ⅳ級(jí),說(shuō)明了n3是對(duì)第三層剖面含水率影響最大的參數(shù)。當(dāng)θs4上浮和下浮20%時(shí),敏感指數(shù)都達(dá)到Ⅲ級(jí),但n4對(duì)剖面含水率影響指數(shù)達(dá)到了Ⅳ級(jí),表明了在下部粉質(zhì)黏土層中,n4對(duì)該層剖面含水率影響最大,而且對(duì)上部粉土層也產(chǎn)生了很大的影響。

        為了驗(yàn)證上述敏感性分析結(jié)果,本次模擬將灌水變?yōu)?0 cm,來(lái)研究水力參數(shù)對(duì)剖面含水率的影響(表8)。

        表8 裸地情況下影響土壤含水量模型水力參數(shù)的敏感性分析Tab.8 Sensitivity analysis of hydraulic parameters affecting soil water content model under bare soil conditions

        從表8參數(shù)的敏感指數(shù)可知,上部粉質(zhì)黏土n1和θs1對(duì)剖面含水率的影響最大,不過(guò)n1對(duì)該層剖面含水率最大,而對(duì)于中砂層來(lái)說(shuō),θr2對(duì)該層的剖面含水率,起著決定性作用,而其他水力參數(shù),對(duì)剖面含水率幾乎沒(méi)有造成影響,而粉土和下部粉質(zhì)黏土層的n和θs共同影響著剖面含水率,但是n對(duì)該層剖面含水率最大,由此不難看出,灌水15 cm和灌水20 cm時(shí),得出的結(jié)論一致。

        3.4 分析與討論

        通過(guò)對(duì)表7和表8的對(duì)比發(fā)現(xiàn),在上部粉質(zhì)黏土層中,n1和θs1對(duì)第一層剖面含水率敏感指數(shù)最高,并且敏感指數(shù)隨著深度的增加而減少。在中砂層中,只有θr2對(duì)本層剖面含水率敏感性最大,其他水力參數(shù)上下浮動(dòng),難以對(duì)剖面含水率產(chǎn)生很大的影響,粉土巖層以及下部粉質(zhì)黏土層中n和θs對(duì)本層的含水率,有著重大的影響,由此可以看出,在細(xì)顆粒中n和θs對(duì)剖面含水率影響比較大,而且n的敏感指數(shù)要大于θs的敏感指數(shù),這主要是VG模型參數(shù)中θs對(duì)水分特征曲線低吸引力段影響顯著,而n變化會(huì)影響土壤水分特征曲線的彎曲程度以及整體形狀,但其參數(shù)主要在土壤釋水的后期,發(fā)揮著主導(dǎo)性作用[23,24],因而在灌水后期,細(xì)顆粒巖層n對(duì)剖面含水率的影響程度大于θs。VG模型中θs在灌水后期開(kāi)始發(fā)揮著重要作用[25],而中砂層由于顆粒比較粗,所以土壤水在前期釋水的過(guò)程中,θs2和n2發(fā)揮著重要作用,但是隨著釋水過(guò)程的推進(jìn),延遲與滯緩的時(shí)間,對(duì)剖面含水率影響逐漸減弱,當(dāng)剖面含水率降低接近該巖層θr2時(shí),θr2對(duì)該剖面含水率影響占據(jù)了主導(dǎo)作用。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        水分經(jīng)過(guò)300多天的水分運(yùn)移之后, 在非均質(zhì)巖層細(xì)顆粒以及粗顆粒巖層中,α和k參數(shù)的變化難以對(duì)剖面含水率產(chǎn)生太大的影響,而在細(xì)顆粒巖層中,θs和n對(duì)剖面含水率發(fā)揮著重要著作用,在粗顆粒巖層中,θr對(duì)剖面含水率的影響最大。

        數(shù)值模型在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中,由于巖層復(fù)雜多變,給模型參數(shù)的取值造成了很大困難,因此本次研究結(jié)論,可以減少在非均質(zhì)中構(gòu)建模型時(shí),需要調(diào)整的參數(shù),對(duì)于提高模型精確度有著重大意義,所以,在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),應(yīng)對(duì)細(xì)顆粒巖層的θs進(jìn)行加密測(cè)量,而對(duì)n要進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)參,在粗顆粒的巖層中,要提高對(duì)θr的重視程度。

        猜你喜歡
        影響模型
        一半模型
        是什么影響了滑動(dòng)摩擦力的大小
        哪些顧慮影響擔(dān)當(dāng)?
        重要模型『一線三等角』
        重尾非線性自回歸模型自加權(quán)M-估計(jì)的漸近分布
        沒(méi)錯(cuò),痛經(jīng)有時(shí)也會(huì)影響懷孕
        媽媽寶寶(2017年3期)2017-02-21 01:22:28
        3D打印中的模型分割與打包
        擴(kuò)鏈劑聯(lián)用對(duì)PETG擴(kuò)鏈反應(yīng)與流變性能的影響
        基于Simulink的跟蹤干擾對(duì)跳頻通信的影響
        FLUKA幾何模型到CAD幾何模型轉(zhuǎn)換方法初步研究
        一区在线视频免费播放| 国产精品av在线一区二区三区| 亚洲精品aa片在线观看国产| 免费无码午夜福利片69| 亚洲无码a∨在线视频| 国产精品一区二区三区黄片视频 | 亚洲国语对白在线观看| 亚洲国产精品成人久久久| 亚洲 精品 综合 精品 自拍| 亚洲AV无码一区二区二三区我 | 国产综合开心激情五月| 国产特级毛片aaaaaa视频| 久久综合精品国产二区无码| 精品无码AV无码免费专区| 精品在线视频免费在线观看视频| 草逼动态图视频免费观看网站| 亚洲日韩一区二区一无码| 亚洲综合伊人制服丝袜美腿| 日本最新一区二区三区视频| 精品国产一区二区三区18p| 老司机亚洲精品影院| 欧美日韩国产综合aⅴ| 日韩成精品视频在线观看| 亚洲精品视频在线一区二区| 久久和欧洲码一码二码三码| 亚洲大片免费| 日本女优免费一区二区三区| 一区二区三区高清在线观看视频| 人妻激情另类乱人伦人妻| 日本中文字幕不卡在线一区二区| 国产一区二区三区探花| 午夜爽爽爽男女免费观看影院| 丰满爆乳一区二区三区| 久久久9色精品国产一区二区三区| 天天射综合网天天插天天干| 强开少妇嫩苞又嫩又紧九色 | 国产亚洲精品综合在线网站| 国产精品二区一区二区aⅴ污介绍| 国产乱人伦偷精品视频| 国产精品无套粉嫩白浆在线| 亚洲av区,一区二区三区色婷婷|