非飽和帶是水文循環(huán)的重要場所,同時(shí)也是地表污染物進(jìn)入地下水的通道。研究非飽和帶土壤中的物質(zhì)與能量運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)于農(nóng)業(yè)水土資源管理以及污染防控具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際價(jià)值。數(shù)值模型是模擬土壤中非飽和流動(dòng)過程的有力工具,而應(yīng)用數(shù)值模型的關(guān)鍵之一在于確定土壤水力參數(shù)（如飽和導(dǎo)水率和孔隙度）。傳統(tǒng)的直接測定土壤水力參數(shù)的方法通常費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本較高,并且會(huì)對(duì)土壤擾動(dòng)很大。此外,由于土壤天然具有非均質(zhì)性,單一點(diǎn)上的測量值也無法代表整個(gè)區(qū)域的土壤性質(zhì)。隨著測量傳感技術(shù)的發(fā)展,目前已有多種傳感器可以對(duì)土壤中的物質(zhì)與能量運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行在線監(jiān)測,能方便地獲取大量數(shù)據(jù),且對(duì)土壤擾動(dòng)較小。從這些數(shù)據(jù)中有效地提取信息,精準(zhǔn)反演土壤水力參數(shù),對(duì)于精準(zhǔn)模擬土壤中的水分運(yùn)動(dòng)、溶質(zhì)運(yùn)移及熱量傳輸?shù)冗^程具有重要的意義。數(shù)據(jù)同化方法能通過融合與土壤水分運(yùn)動(dòng)有關(guān)的狀態(tài)表征量的觀測數(shù)據(jù)（如水頭、含水量、溶質(zhì)濃度和溫度等）,實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水力參數(shù)的估計(jì)。然而,由于土壤非飽和流動(dòng)模型的計(jì)算密集型特性、土壤的空間變異性以及觀測數(shù)據(jù)的相對(duì)稀缺性,現(xiàn)有的數(shù)據(jù)同化方法面臨較大的挑戰(zhàn)。因此,需要發(fā)展高效的數(shù)據(jù)同化方法更快更準(zhǔn)地估計(jì)出土壤水力參數(shù),... 

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
縮略詞對(duì)照表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 土壤中非飽和流動(dòng)模擬的不確定性
        1.1.2 土壤中非飽和流動(dòng)模擬的特點(diǎn)及難點(diǎn)
    1.2 國內(nèi)外主要研究進(jìn)展
        1.2.1 不確定性量化方法研究進(jìn)展
        1.2.2 數(shù)據(jù)同化方法研究進(jìn)展
        1.2.3 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展
    1.3 本文研究內(nèi)容
2 土壤非飽和流動(dòng)模型與隨機(jī)模擬
    2.1 土壤非飽和流動(dòng)模型
        2.1.1 水分運(yùn)動(dòng)方程
        2.1.2 溶質(zhì)運(yùn)移方程
        2.1.3 熱量遷移方程
    2.2 隨機(jī)模擬方法
        2.2.1 Karhunen-Lo`eve展開
        2.2.2 概率配點(diǎn)法
        2.2.3 馬爾科夫鏈蒙特卡羅
        2.2.4 集合卡爾曼濾波
        2.2.5 概率配點(diǎn)卡爾曼濾波
3 基于貝葉斯的優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)同化
    3.1 研究方法
        3.1.1 基于ANOVA分解的轉(zhuǎn)換概率配點(diǎn)法
        3.1.2 貝葉斯試驗(yàn)設(shè)計(jì)
    3.2 案例研究
        3.2.1 案例一:人工入滲試驗(yàn)
        3.2.2 案例二:自然降雨條件下的入滲試驗(yàn)
    3.3 本章小結(jié)
4 基于集合樣本的序貫優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)同化
    4.1 研究方法
        4.1.1 信息指標(biāo)
        4.1.2 基于集合樣本的序貫優(yōu)化設(shè)計(jì)
    4.2 案例研究
        4.2.1 案例一:分層土柱
        4.2.2 案例二:非均質(zhì)飽和導(dǎo)水率場
    4.3 本章小結(jié)
5 基于概率配點(diǎn)的序貫優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)同化
    5.1 研究方法
    5.2 案例研究
        5.2.1 案例一:均質(zhì)場
        5.2.2 案例二:非均質(zhì)飽和導(dǎo)水率場
    5.3 本章小結(jié)
6 非飽和土壤水熱運(yùn)移的多保真度模擬
    6.1 研究方法
        6.1.1 多保真度模擬框架
        6.1.2 基于ANOVA分解的PCE展開
        6.1.3 求解基函數(shù)的系數(shù)
        6.1.4 后處理
        6.1.5 算法總結(jié)
    6.2 案例研究
        6.2.1 案例一:均質(zhì)場
        6.2.2 案例二:非均質(zhì)飽和導(dǎo)水率場
    6.3 本章小結(jié)
7 基于多保真度模擬的數(shù)據(jù)同化
    7.1 研究方法
        7.1.1 預(yù)測步
        7.1.2 更新步
        7.1.3 算法總結(jié)
    7.2 案例研究
        7.2.1 案例一:水氣兩相流試驗(yàn)
        7.2.2 案例二:非均質(zhì)飽和導(dǎo)水率場
    7.3 本章小結(jié)
8 總結(jié)與展望
    8.1 研究內(nèi)容總結(jié)
    8.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在讀期間科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]優(yōu)化法與貝葉斯估計(jì)法在非飽和水力參數(shù)反演中的比較[J]. 柯鳳喬,滿俊,曾令藻,吳勞生.  浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版). 2016(05)
[2]非均質(zhì)介質(zhì)中重非水相污染物運(yùn)移受泄漏速率影響數(shù)值分析[J]. 施小清,姜蓓蕾,吳吉春,徐紅霞,姜月華,蘇晶文.  水科學(xué)進(jìn)展. 2012(03)
[3]土壤飽和導(dǎo)水率空間預(yù)測的不確定性分析[J]. 廖凱華,徐紹輝,吳吉春,施小清.  水科學(xué)進(jìn)展. 2012(02)
[4]多尺度非均質(zhì)多孔介質(zhì)中溶質(zhì)運(yùn)移的蒙特卡羅模擬[J]. 陸樂,吳吉春,王晶晶.  水科學(xué)進(jìn)展. 2008(03)
[5]土壤水力性質(zhì)確定方法研究進(jìn)展[J]. 徐紹輝,劉建立.  水科學(xué)進(jìn)展. 2003(04)
[6]愛因斯坦求和約定的推廣[J]. 王伯年,李過房,曹偉武.  上海理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(01)
[7]土壤特性空間變異性初步研究[J]. 雷志棟,楊詩秀,許志榮,G.瓦肖爾.  水利學(xué)報(bào). 1985(09)

博士論文
[1]非均質(zhì)性包氣帶水力參數(shù)反演方法研究[D]. 張永根.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2014



本文編號(hào)：3714068