《Journal of Hydrology》：Applicability of the Richards equation in infiltration simulation: A comparative study with the two-phase flow model
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本研究通过对比Richards方程与两相流模型，系统评估了其在不同边界条件、土壤水力特性及初始含水率下的适用性。结果表明，当存在空气迁移受限条件（如饱和或 ponding边界条件、高初始含水率或细粒土壤时），Richards方程会高估入渗速率，因其未考虑空气相阻力。提出了基于空气通道连通性的三个保守定量准则，指导模型适用性判断。
张洪成|李志|戴朝蒙|邹家杰|叶斯平|梁嘉鸿|张建林|李吉祥|胡家军|高敏天
中国上海同济大学土木工程学院，国家减灾工程技术研究中心，200092
摘要
模拟非饱和带中的水分渗透对于水资源管理和环境修复至关重要，这通常是通过数值求解理查兹方程（RE）来实现的。尽管现有研究已经认识到RE的局限性——尤其是其假设空气相具有无限流动性——但对其在不同水文地质条件下的适用性的系统评估仍然不完整。本研究通过在不同边界条件、土壤-水保持特性和土壤湿度状态下，将RE模型与两相（TP）流动模型进行对比，来评估RE模型的模拟性能。研究结果表明，在饱和或积水边界条件下，以及在初始土壤湿度高、细粒土壤（其特征是van Genuchten-Mualem参数较低，绝对渗透率较低）的情况下，RE模型的可靠性会下降。从机制上讲，这些情况通过减少有效导度或拓扑封闭出口路径来限制空气的逃逸途径，从而导致孔隙空气压力升高，阻碍水分渗透，而RE模型未能捕捉到这一现象，从而高估了渗透量。在实际应用中，只要高渗透率通道在研究区域内形成与地表相连的渗透网络，RE模型可能仍然适用。相反，对于可能存在广泛隔水层的情景，本文提出了三个保守的定量指南来评估RE模型的适用性。
引言
非饱和带作为地表水文系统和地下水系统之间的关键界面，调节着水分渗透、污染物传输和生态系统可持续性。准确模拟这一区域中变饱和度的水流对于优化农业灌溉（Camporese等人，2015年；Rezaei等人，2017年）、预测地下水补给（Perzan等人，2023年；Gong等人，2023年）以及设计环境修复策略（Vocciante等人，2017年；Philippe等人，2020年）至关重要。非饱和带内的水和空气运动受到蒸发、根系吸水、降雨和灌溉等过程的驱动，可以使用基于质量守恒和达西定律的孔隙介质中两相流动（空气/水）的综合性公式来描述：
