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水利工程论文-坡面降雨入渗产流规律的数值模拟研究.doc

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水利工程论文-坡面降雨入渗产流规律的数值模拟研究.doc

水利工程论文-坡面降雨入渗产流规律的数值模拟研究摘要:本文采用运动波理论和两次改进后的Green-Ampt入渗模型建立了坡面降雨入渗产流的动力学模型,并得到了实验资料的良好验证。运用该模型研究了简单坡面上降雨入渗产流的动力学规律,分析了雨强、土壤初始含水量、渗透系数、坡面阻力,以及坡长、坡度等因素对坡面产流过程的影响规律,得出了一些有益的结论。关键词:入渗产流坡面动力学1概述雨水降落在坡面上将产生雨水的聚集并形成坡面水流。坡面水流是土壤水蚀过程的主要动力,搞清产流的动力学特点是进一步研究侵蚀过程规律的基础。坡面水流不同于一般明渠流动,其水深极浅(一般只有几毫米),沿程不断有质量源和动量源加入,使其随时间和空间有较大的变化。且坡面流的坡度较一般河渠陡得多,边界条件也更为复杂。这些特点使得对坡面水流的研究有相当的难度。坡面产流研究已有很长历史,但对它的数学求解还只有三十多年。60年代后期Woolhiser和Ligget(1967)将运动波模型引入坡面水流研究,大大简化了计算工作,促进了研究的发展。运动波模型是从一维圣维南方程简化而来,其基本假设是水流的能坡和底坡相等,并借助Chezy阻力公式得到流量和水深的关系。Woolhiser和Ligget的研究结果表明在运动波波数k>10时,运动波模型可以很好地描述坡面水流运动。而实际坡面流的运动波波数一般远大于10(沈冰等,1996)。因此,运动波近似是一种较好的数学描述方式。其后,又有对运动波理论的修正(Ponce,1978,Govindaraju,1988),保留了水深的沿程变化项,相当于压力梯度,被称为扩散波模型。该模型扩展了适用的参数范围,但并无实质性改进,因此实际应用仍以运动波为主。也有使用完整圣维南方程求解实际问题的(戚隆溪,1997)。土壤入渗过程的研究也有很长历史,从1911年提出概念明确形式简单的Green-Ampt积水入渗模型开始,相继有Horton(1940),Philip(1957)等模型出现,但G-A模型仍以其简单的形式,明晰的物理概念,良好的扩展性和可信的应用效果受到广泛重视,特别是经过Mein&Larson(1973)和Chu(1978)的两次改进,使其可应用于不均匀降雨的入渗计算,更使它成为最有效和应用最广泛的模型。在国内,G-A模型尚未受到重视,Horton模型曾得到相当广泛的运用,但其参数的物

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