055非饱和土壤渗流模拟

图 1-2 选择材料参数输入
图 1-3 填写完成热参数
图 1-4 填写完成力学参数
(2)
选择“前处理”—>“边界条件”按钮，或者单击工具条中的
按钮
弹数据输入表格。按照问题描述中的参数依次填入边界条件数据表 格。填写完成后如图 1-5 所示。
图 1-5 填写完成热边界
图 1-6 填写完成荷载边界 1.1.1.c 建模、设置材料属性和施加边界条件
( Z , 0) 0 (Z ), 0 Z H
其中, H 是下边界深度， H 。
(2)
1.3 边界条件 假设地表处于湿润状态下的入渗，且地表处基质势维持不变时；或在蒸发条 件下，地表处于风干状态时，均可将地表处土壤水势作为已知水势处理。
( Z , t ) 0 ( Z , t ), Z 1
的分布形式：
4.42 101 e25.3 0.35 D ( ) 0.8 0.35 0.38 1885e (单位cm2/min)
(ຫໍສະໝຸດ Baidu)
计算t=120min和t=540min时土壤水浓度。 1.1.1 求解步骤
1.1.1.a 选择项目
(1)
启动 SciFEA，选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目 按钮 弹出如图 1-1 所示的对话框。
图 1-1 选择项目类型对话框
(2)点击“问题类型”栏中的“非饱和土壤渗流模拟”选项。如图 1-1 所示。 (3)点击“OK”按钮完成项目类型的选择。
1.1.1.b 设置材料参数和边界条件
(1)
选择“前处理”—>“材料参数”按钮，如图 1-2 所示。或者单击工 具条中的 按钮弹出如图 1-3 所示材料参数数据输入表格。
图 1-11 划分网格得到的单元节点信息
点击“OK”按钮后即可得到划分完的网格模型，如图 1-12
图 1-11 网格图
(3)
把前处理数据转化为 SciFEA 所需计算格式。点击【Files】-【Save】 菜单，保存为 GID 文件。点击菜单【Calculate】-【Calculate】 ，弹出 “process info”消息框，如图 1-12 所示，点击“ok”按钮，然后退出 Gid，至此前处理工作结束。
1.4 计算参数
(3)
考虑从地表到地下120cm处的土壤，初始条件为一分段分布的土壤水浓度函 数，具体表达式如下： 0.15 z /1200 ( z, 0) 0.2
(4)
在地表进行灌溉时，地表含水率保持为0.38, 地表一下120cm处仍然保持0.2
5 35.8 的含水率。导水率 K ( ) 3.24 10 e (单位cm/min)；扩散率特征曲线为如下
图 1-12 转化数据消息框
1.1.1.e 有限元计算
(1) 单击工具条中的
按钮弹出如图 1-12 所示计算模拟窗口。
图 1-12
计算模拟窗口
1.1.2 结果分析 对计算结果进行分析属于后处理，GID 提供了丰富的后处理操作，可以从 不同角度，不同方式来输出计算结果。 (1) 点击工具菜单中的 进入后处理，如图 1-13 所示。
(1) 启动 GID 以创建模型。 单击工具条中的 初始化窗口。
按钮弹出如图 1-7 所示前处理
图 1-7 前处理初始化窗口
(2) 建模。 a. 点击菜单【Geometry】-【Create】-【Line】 ，在命令栏依次输入点坐标：
图 1-8 建成的模型图
(4). 定义材料特性、施加载荷约束。点击菜单【 Data 】 - 【 Conditions 】弹出 “Conditions”对话框。 ① 定义材料。 点击表示面单元的按钮 最后得到如图 1-9 所示 ： ， 选中下拉菜单中的 “line－warka，
图 1-9 ②施加载荷。点击线单元按钮 如图 1-10 所示。 ，选中下拉菜单中的“surface-aeq4” ，最后得到
图 1-10 施加载荷
需要说明的是，这几步定义材料，施加载荷的操作没有先后顺序要求，但必须保 证不能遗漏某个条件的定义。
1.1.1.d 划分网格和导出数据
(1).划分网格。点击菜单【Meshing】-【Generate】 ，要求定义单元尺寸大小， 点击“OK”按钮，此时弹出“Progress in meshing”进度条，网格划分完毕后弹 出消息框显示总的单元数和节点数，如图 1-11 所示。
1 问题描述
1.1 土壤水分运动基本方程 以土壤水势为因变量的一维饱和—非饱和等温、均质、各向同性土壤水分运 动基本方程(Richards，1931)如下：
C ( )
K ( ) ( Z ) t z z
(1)
其中： 是土壤水势(cm)；C ( ) 是容水度；K ( ) 是非饱和导水率(cm/min)； Z是垂向坐标(cm)， 向下为正；t 是时间(min)。 并假设 和 K 均为土壤含水率 的 单值函数。 1.2 初始条件
图 1-13 进入后处理结果分析
(2)点击菜单【Files】-【Postprocess】进入后处理程序。 (3)点击菜单【View results】-【Contour fill】-【unoda0】显示沿 y 方向的位 移云图，如图 1-14 所示。
图 1-14
超算有限元分析系统(SciFEA)用于弹性力学、传热、渗流、电磁等问题的有限元计算模 拟。自主品牌的全中文界面软件，方便客户使用
SciFEA 饱和—非饱和土壤水分运动计算
计算机是现代科学技术的重要支柱，它不仅能带来巨大的经济效益，而且能 带来深远的社会效益，对科学技术的发展起着巨大的推动作用。其在农业领域求 解难于得到严格解析解的非线性偏微分方程的广泛应用成为现代化中计算问题 的重要标志。 国内外计算机已在农业科学实验、 农业政策制定、 资源普查与监测、 植物和环境保护、 土地规划及合理利用、 农业信息处理与预测、 自动化温室控制、 农业气候与作物种植、土壤墒情监测与农田灌溉、农业机械化检测以及农药化肥 生产控制等领域广迂使用。 以节水灌溉为目标的现代灌溉管理需要科学地进行用 水管理和定量描述并预测灌溉—蒸发条件下的土壤水分在土壤耕作层内的运动 规律。土壤水分运动同时也是制约土壤溶质迁移的主要因素，对于干旱、半干旱 的次生盐碱化威胁较严重的地区，这是至关重要的。因此，对于土壤水分的模拟 研究不仅有助于现代节水灌溉管理，而且是土壤溶质迁移规律研究的基础。 随着科学的进步与发展，土壤水分运动的研究已由定性描述的形态学观点逐 步发展成为定量研究阶段。土壤水分运动基本方程是一个非线性偏微分方程，在 许多定解条件下，很难求得解析解。近年来．国内外许多学者都对求解非饱和土 壤水分运动方程的数值方法进行了研究。