基于COMSOL软件模拟分析土体中建构砂柱后的水盐运动
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适用：
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等相关问题。
作者：
··地鱼
目录
目录 1
正文 1
1、材料与方法 3
1.1土样来源及性质 3
1.2试验设计 3
1.3COMSOL的适用性验证与模型原理 4
1.5定解条件的确定 5
(1)水分运动定解问题粘壤质盐土土体部分，简称C 5
4种设置情况下的网格剖分具体参数详见表3 6
2、结果及分析 6
3、结论 10
参考文献： 10
正文
基于COMSOL软件模拟分析土体中建构砂柱后的水盐运动
引言
我国渤海湾、黄河三角洲以及江苏东部的沿海地区分布着广阔的滨海盐渍土，据统计其面积为2万多km2,如何对这些后备的土地资源进行科学使用与管理，一直是土壤工作者关注的问题。由于滨海盐土具有含盐量高、养分低、地下水位埋藏浅、矿化度高、土质粘重等特点，需要经过改良后才能利用。改良工程中，如何使质地黏重、渗透性差的盐土快速脱盐是生产实践中最重要的关键问题。打孔注入砂性土柱(简称砂柱)工艺技术是目前工程改良实践中一种很有效的技术，可以解决黏质低渗性盐土的难渗透问题，达到暗管排水达不到的渗透效果。砂柱对土壤的改良应用早在1981年便有相关实验研究，该技术目前已经在中新天津生态城、江苏启东工业园等地进行了实践应用。但目前的工程技术都是采用内设竖砂柱的方式，对于其他砂柱设置方式的效果比较和内在机理，尚缺乏相关的深入研究和定量分析。
20世纪80年代后，许多学者基于室内土柱实验，应用数值模拟的方法研究了土壤中水分和盐分一维运动的规律，为本研究提供了参考。但对于
2-D土壤水盐土柱物理模拟和数值模拟的研究，由于其问题的复杂性，研究报道较少，左强曾对2-D均质土壤排水条件下饱和非饱和水盐运动规律进行过初步数值模拟研究，采用了有限单元法迭代求解。对于江苏一带的砂质滨海盐土，张亚年曾用HYRDUS软件进行过暗管排水条件下水盐运移的数值模拟。
COMSOLMultiphysics软件(原FiniteElementModeling
Laboratory)是一个基于偏微分方程的多物理场有限元分析软件，可以用来求解线性、非线性问题，和时间有关的稳态、瞬态问题，以及和几何形状有关的一维、二维和三维问题。与专门针对土壤水盐模拟的软件相比，
COMSOL在处理实际问题和数值计算上适用性更广，可模拟一些更复杂的工程设置方式。目前运用COMSOL软件于土壤中的计算和模拟，主要局限于地下水和土壤水入渗的研究，Wissmeier将该软件应用于土壤中杀虫剂的运移模拟，对运用COMSOL模拟土壤溶质运移的适用性进行了验证，证明了该软件适于土壤溶质运移的模拟。
本文将土体中建构砂柱后的水盐运动简化成非均质2-D土壤水盐运动，应用COMSOL软件模拟工程实践可实现的几种砂柱构型，定量探究其加速脱盐效果，以期为滨海盐土脱盐、控盐的工程模式进行定量评价和设计优化提供指导和依据。
1、材料与方法
1.1土样来源及性质
盐土柱用土取自天津大港的粘壤质滨海盐土，考虑到砂柱用砂子时，会因两个土壤导水率相差过大而引起指流或达不到实践上的脱盐效果，所以本次模拟砂柱用土选为砂壤土。两种土壤的颗粒组成(按美国制分类)见表1。
1.2试验设计
本文在粘壤质滨海盐土土柱中设置了3种典型形式的砂柱，与空白盐土土柱进行对比，对它们的洗盐过程进行了模拟，砂柱设置方式如图1,图
中，(a)为没有砂柱的土柱，(b)为中竖砂柱，(c)为单斜对角砂柱，(d)为双斜“X”型长砂柱，左边的三维图为中竖沙柱的三维视图，蓝色部分为粘壤质盐土，黄色部分为砂壤质土柱(砂柱)。
1.3COMSOL的适用性验证与模型原理
本研究运用COMSOL2-D地球科学模块的流体流动模块和溶质运移模块，模拟的水分运动采用饱和-非饱和水流的Richards方程，溶质运移基于Fick定律的对流-弥散方程，将两个模式耦合在同一物理场中，来模拟淋洗条件下土壤水分和盐分(Cl-)的二维运移过程。
为了确保COMSOL2-D的地球科学模块流体流动模块和溶质运移模块耦合可以用于对土壤水盐运动