تعداد نشریات | 43 |
تعداد شمارهها | 1,275 |
تعداد مقالات | 15,744 |
تعداد مشاهده مقاله | 51,862,896 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 14,688,331 |
معرفی روشی برای کاهش خطای موازنه جرم در حل عددی معادله ریچاردز | ||
دانش آب و خاک | ||
دوره 34، شماره 3، مهر 1403، صفحه 243-262 اصل مقاله (873.19 K) | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/ws.2023.57107.2524 | ||
نویسندگان | ||
محمد رضا حامی کوچه باغی* 1؛ تیمور سهرابی2؛ آرزو نازی قمشلو3 | ||
1دانش آموخته کارشناسی ارشد | ||
2ابیاری، داشگاه تهران | ||
3گروه مهندسی آب، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران. | ||
چکیده | ||
روش تفاضلات محدود بهدلیل پایداری بیقید و شرط در ارائه حل غیربازگشتی، امکان شبیهسازی بدون توقف را فارهم می آورد. با این وجود استفاده از روش تفاضلات محدود برای حل معادله ریچاردز منجر به خطای موازنه جرم میگردد. برخی روشهای مرسوم برای کاهش خطای موازنه جرم برای حل غیربازگشتی قابل اجرا نیستند. در این تحقیق پس از ایجاد حل عددی معادله دو بعدی ریچاردز در محیط نرمافزار متلب، برای کاهش خطای موازنه جرم، اختلاف بین شار ورودی به ستون خاک و رطوبت افزایشیافته در آن ستون، بهصورت ضریب متناسب با رطوبت هر گره، به گرههایی که تغییرات فشار ماتریک (PD) آنها نسبت به حالت اولیه بیشاز یک مقدار آستانه است، اضافه گردید. برای یکپارچگی نتایج، از میانگین مقادیر PD برابر با 10 سانتی-متر، برای شبیهسازی تمامی موارد استفاده شد. نتایج نشان داد استفاده از این روش میتواند منجر به کاهش چشمگیر خطای موازنه جرم در شبیهسازی گردد؛ بهطوری که در تمامی موارد آزمایشهای مورد بررسی، خطای موازنه جرم همواره در بازه کوچک، کمتر از 5/3 درصد نوسان داشت. مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی ایجادشده و نرمافزار هایدروس نشان داد استفاده از روش پیشنهادی در مواردی نظیر بارشهای تابستانه که مدت نفوذ بسیار کمتر از مدت بازتوزیع رطوبت در پروفیل خاک است، نتایج قابل قبولی حاصل میگردد. همچنین، بیشترین مقدار میانگین قدرمطلق خطای نسبی (MAE) در مقایسه شبیهسازی ایجادشده با نتایج حاصل از نرمافزار هایدروس کمتر از 10 درصد است. این بیانگر تطابق خوبی بین نتایج حاصل از شبیهسازی ایجادشده با نرمافزار هایدروس است. | ||
کلیدواژهها | ||
تفاضلات محدود؛ حل ضمنی؛ حل غیربازگشتی؛ شبیه سازی؛ نرم افزار هایدروس | ||
مراجع | ||
Azartaj E, Rasoulzadeh A, Asghari A and Esmali A, 2017. Investigation of gravel fragment effect on runoff yield and soil erosion using rainfall simulation (Case study: Watershed of Almas Bridge, Ardabil). Iranian Journal of Soil and Water Research 48(1):105-111. (in Persian with English abstract).
Bayat R, Arab Khodri M, Garami Z, Issai H and Ali Ramaei R, 2017. Investigating the quality of runoff from rainfed lands using a desert rain simulator (Case study: Kalaleh, Golestan province). The 5th Conference of Rain Catchment Surface Systems. 22- 23 April, Gilan-Rasht, Iran. (in Persian with English abstract)
Celia MA, Bouloutas ET and Zarba RL, 1990. A General mass-conservative numerical solution for the unsaturated flow equation. Water Resource Research 26 (7): 1483-1496.
Chavez-Negrete C, Dominguez-Mota FJ and Santana-Quinteros D, 2018. Numerical solution of Richards’ equation of water flow by generalized finite differences. Computers and Geotechniques 101:168– 175.
Conte E and Troncone A, 2008. Soil layer response to pore pressure variations at the boundary. Geotechnique 58 (1): 37–44.
Egidi N, Gioia E, Maponi P and Spadoni L, 2018. A numerical solution of Richards equation: a simple method adaptable in parallel computing. International Journal of Computer Mathematics 95: 2-17.
Eini N, Afshar MH and Faraji Gargari S, 2020. A fully Lagrangian mixed discrete least squares meshfree method for simulating the free surface flow problems. Engineering with Computer 38:331-351.
Farthing MW and Ogden FL, 2017. Numerical Solution of Richards’ Equation: A Review of Advances and Challenges. Soil Science Society of America Journal 81(6): 1257-1269.
Ga˛siorowski D and Kolerski T, 2020. Numerical solution of the two-dimensional Richards equation using alternate splitting methods for dimensional decomposition. Water 12: 1780-1798.
Hami Kouchebaghi MR, Sohrabi T and Ghameshlou A, 2022. Experimental and numerical modeling of water harvesting by Kajaveh method. Ph.D. thesis on irrigation and drainage. College of Agriculture and Natural Resources, Univ. of Tehran, Karaj, Iran. (in Persian with English abstract)
Jiang SH, Liu X and Huang J, 2022. Non-intrusive reliability analysis of unsaturated embankment slopes accounting for spatial variabilities of soil hydraulic and shear strength parameters. Engineering with Computer 38:1–14.
Kavetski D, Binning P and Sloan SW, 2004. Truncation error and stability analysis of iterative and non-iterative Thomas–Gladwell methods for first-order non-linear differential equations. International Journal for Numerical Methods in Engineering 60(12): 2031-2043.
Ku CY, Liu CY and Su Y, 2018. Modeling of transient flow in unsaturated geomaterials for rainfall-induced landslides using a novel spacetime collocation method. Geofluids 2018:7892789.
Kumar R, Rasool S and Raazia S, 2019. Simulation of soil moisture dynamics at different depth of soil profile. Journal of Soil and Water Conservation 18(1): 35-42.
Li X, Li XK and Wu YK, 2022. Selection criteria of mesh size and time step in FEM analysis of highly nonlinear unsaturated seepage process. Computer Geotechnical 146:104712.
Mahmoodabadi M and Arabkhedri M, 2011. Rainfall and Erosion Simulation. Characteristics, Capabilities and Applications. Irrigation and Water Engineering 1(3): 1-11. ( in Persian with English abstract)
Meyer LD Harmon WC, 1979. Multiple intensity rainfall simulator for erosion research on row sideslopes. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 22: 100-103.
Mu W, Yu F, Li C, Xie Y, Tian J, Liu J and Zhao N, 2015. Effects of rainfall intensity and slope gradient on runoff and soil moisture content on different growing stages of spring maize. Water 7(6): 2990-3008.
Paniconi C, Aldama AA and Wood EF, 1991. Numerical evaluation of iterative and noniterative methods for the solution of the nonlinear Richards equation. Water Resource Research 27(6): 1147-1163.
Richardson LF, 1922. Weather Prediction by Numerical Process. University Press, Cambridge.
Simunek J, Sejna M and van Genuchten MT, 2006. The HYDRUS Software Package for Simulating Two-and Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media. Technical Manual (Version 1.0), PC-progress, Prague, Czech Republic.
Simounek J, Šejna M and Saito H, 2009. The HYDRUS-1D software package for simulating the one-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media. Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, CA.
Suk H and Park E, 2019. Numerical solution of the Kirchhoff-transformed Richards equation for simulating variably saturated flow in heterogeneous layered porous media. Journal of Hydrology 579:124213.
Taheri Shahraiyni H and Ataie Ashtiani B, 2008. Comparison of finite difference schemes for water flow in unsaturated soils. International Journal of Physical and Mathematical Sciences 2(4): 226-230.
Tian F, Gao L and Hu H, 2011. A two-dimensional Richards equation solver based on CVODE for variably saturated soil water movement. Science China Technological Sciences 54(12): 3251-3264.
Van Genuchten MT, 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal 44: 892-898.
Wu L and Zhou J, 2023. Rainfall Infiltration in Unsaturated Soil Slope Failure. Springer Briefs in Applied Sciences and Technology.
Zambra CE, Dumbser M and Toro EF, 2011. A novel numerical method of high-order accuracy for flow in unsaturated porous media. International Journal of Numerical Methods Engineering 89(2): 227–240.
Zare Khormizi M, Najafinejad A, Noura N and Kavian A, 2012. Effects of slope and soil properties on runoff and soil loss using rainfall simulator, Chehel-chai watershed, Golestan province. Journal of Water and Soil Conservation. 19(2): 165-178. (in Persian with English abstract)
Zeng JC, Zha YY and Yang JZ, 2018. Switching the Richards’ equation for modeling soil water movement under unfavorable conditions. Journal of Hydrology 563:942–949.
Zha Y, Yang J, Zeng J, Tso CM, Zeng W and Shi L, 2019. Review of numerical solution of Richardson-Richards equation for variably saturated flow in soils. WIREs Water 6(6): 1-23.
| ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 72 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 34 |