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摘要
【目的】构建蓄水坑灌条件下的土壤水-热-氧三维分布耦合模型，探究蓄水坑灌对土壤水、热、氧分布的影响，揭示蓄水坑灌下的土壤水、热、氧空间分布特征。【方法】基于土壤水分运动方程，土壤热量传输方程和土壤氧传输方程，建立蓄水坑灌下的土壤水-热-氧三维耦合模型，利用COMSOL Multiphysics软件进行数值求解，采用田间实测数据对模型进行验证，基于验证后的模型模拟增设蓄水坑和灌水对果园土壤水、热、氧分布状况的影响。【结果】三维耦合模型具有较高的精度，模型模拟土壤含水率、土壤温度和土壤氧浓度的RMSE分别为0.0367、1.6099和0.0138。增设蓄水坑后，坑壁土壤水、热、氧状况发生较大改变；随着时间的推移，蓄水坑周围的土壤含水率降低，土壤含氧量升高，坑壁与地表土壤温度呈相同的变化规律，均随着气温的降低而降低。蓄水坑灌水后，水分通过坑壁渗入土壤，形成以坑底为中心的椭球状含水率高值区和土壤温度、含氧量低值区，三者分布随着时间推移趋于均匀，但灌水对土壤温度的影响时间远低于对土壤含水率和含氧量的影响时间。灌水对土壤氧浓度影响较小，氧浓度在地表和坑壁处较高；距地表和坑壁处越远，土壤氧浓度越低。【结论】蓄水坑增大了坑壁处的土壤水、热、氧交换界面，坑壁处土壤水、热、氧状况受蒸发、降水、大气温度和氧浓度的影响，与地表具有相似的变化；蓄水坑灌下的土壤水、热、氧状况更有利于作物根系的生长。
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单位太原理工大学; 流域水循环模拟与调控国家重点实验室; 中国水利水电科学研究院
