叶乐安[1]2002年在《土壤溶质运移参数估计理论与应用研究》文中进行了进一步梳理世界人口的不断增长，土地资源的日益减少和退化，使得人类必须提高土壤生产能力，改良和利用盐碱化土地，以增加粮食的供应。农业化肥和农药施用的日益增多，工业废水和其它废弃物质的不合理排放，给土壤和地下水带来了严重污染，直接威胁着生态环境和人类健康。因此，如何改良和利用盐碱化土地、减少工农业生产及生活垃圾对土壤和水体的污染已经成为世界关注的课题。这些问题有利地促进了土壤溶质运移的研究。当前计算机技术的发展，使运用土壤溶质运移理论与方法对各种生产、生活实际问题作出模型和预测成为可能。构造模型进行预测的关键在于确定模型参数，在土壤溶质运移模型中一般包括弥散系数和延迟因子两个参数。 本研究以半无限溶质运移对流-弥散方程为例建立定解条件，运用Laplace变换推导出瞬态条件下溶质浓度在任意时刻和任一地点的解析解。以SO_4~(2-)为示踪剂进行土柱实验，采用EDTA法分别测得叁种不同土壤(红壤、水稻土和潮土)条件下溶质浓度的时空分布。通过CXTFIT程序拟合实测浓度得到的穿透曲线(BTC)与实际的穿透曲线比较，两者均出现在一个明显的梯度上，而且实测值和拟合值的最大差值也出现在这个梯度上，其中红壤穿透土柱的历时最短。CXTFIT程序、斜率法和图解法对水动力学参数的估算结果比较，叁种方法得到的延迟因子R值非常接近，说明它们对R值的估算有很好的一致性，其中红壤的R值都小于1，表明红壤对SO_4~(2-)产生了解吸作用；水稻土和潮土的R值都大于1，表明它们对SO_4~(2-)产生了吸附作用。利用斜率法得到的弥散系数D_0值在Brenner数较小时与拟合的D_0值很接近，而Brenner数较大时则只在BTC的中前段才有类似的结论。图表法是一种新的估算水动力学参数的方法，其估算的D_0值在dc/dt～t和t~(3/2)dc/dt～t关系曲线上出现较大差异，只有在两类曲线上升段和下降段的中部使用同一浓度梯度对应的时间才能获得较好的结果。相比而言，图表法对入渗速度较慢的土壤能更好地发挥作用。叁种方法得到的弥散系数中，红壤均比水稻土和潮上要高一个数量级。 CXTFIT程序、斜率法和图解法估算参数都需要利用现场的实验数据，因此可以通过增加BTC较大梯度处的实测数据和使用精密仪器减少化学实验带来的误差来提高参数估算的精度。
杨艳[2]2006年在《土壤溶质运移特征实验研究》文中认为本文在结合国内外土壤溶质运移理论与微咸水利用试验研究成果的基础上,采取了理论分析与室内试验结合的方法,对层状土水分入渗和溶质运移特征、自动测定土壤水分、溶质运移参数的方法和微咸水安全利用进行了研究,取得了如下结论:1.塿土夹砂子或是砂子夹塿土构型的土壤都有使湿润锋到达交界面后将入渗量随时间变化的非线性过程转折为线性过程的作用,但各自转折的机理是不一样的。不同粒径的砂子做夹层,粒径越大减渗作用越明显。2.利用传统对流-弥散方程和CXTFIT程序对四种构型土壤的穿透曲线分别进行拟合,得出一近似关系式来推求塿土夹砂土与均质塿土、砂土的弥散度关系。2-5mm砂子做夹层时的D值及弥散度λ比1-2mm夹层土壤的大。若以渭河砂土、1-2mm的净砂做5cm的夹层,1-2mm净砂做夹层时的土壤溶质穿透曲线明显滞后于渭河砂土夹层的土壤溶质穿透曲线。3.通过试验验证说明土壤水分和溶质多参数测量仪测定湿润锋和时间关系的准确性,并且根据不同模型求解非饱和土壤水分运动参数。利用多参数测量仪探测溶质边界层随时间变化过程,并推求了土壤溶质迁移参数,与利用土壤溶质穿透曲线获得的参数进行比较,结果表明所建立的方法用于确定土壤溶质迁移参数的可行性。4.碱土在微咸水入渗条件下,累积入渗量、湿润锋和入渗率随入渗水矿化度的增加而增加。随着入渗水矿化度的增加,整个湿润剖面上土壤盐分增加显着,而脱盐率随着入渗水矿化度的增加而减小,并且减小的幅度较大。不同SAR对入渗有一定的影响,SAR为14时,土层平均含盐量最小;而SAR为5时的土层平均含盐量最大。用SAR为5或14的水入渗后,脱盐深度相同,但SAR为20时,土壤脱盐深度减小。土壤剖面的溶液浓度与盐分含量的变化相似。用不同矿化度水淋洗碱土,随着矿化度的增加,相同出流体积中的含盐量越大,各离子的浓度增加。淋洗水SAR不同,对出流液的含盐量变化几乎没有影响,整体趋势都是随淋洗水量的增加含盐量减少。土壤平均脱盐率随入渗水矿化度的增加呈线性减小的趋势。在入渗水质一定条件下,出流液的含盐量主要与淋洗水量有关,随淋洗水量的增加含盐量呈递减关系,而与土壤的初始含水量无关。5.微咸水矿化度对盐土入渗有一定的影响,累积入渗量、湿润锋和入渗率随入渗水矿化度的增加而增加,当入渗水矿化度为2.50g/l时,土壤的入渗能力反而减小。土壤剖面上的含盐量及土壤剖面盐分浓度随剖面深度的增加呈增加的趋势,但是与矿化度关系不显着。用矿化度为2g/l、不同SAR的水入渗后,盐土累积入渗量、湿润锋和入渗率随时间的变化关系不因SAR的不同产生较大差异,并且与SAR之间没有显着的关系。在湿润锋处各离子的浓度随SAR的增加而减小。随着入渗水矿化度与SAR的变化,相同出流体积中的含盐量相差不大,并且出流体积与含盐量、离子浓度之间呈较好的幂函数关系。同一出流体积下SAR为5的水淋洗后的出流液中含盐量最高。用微咸水淋洗盐土能使盐土的含盐量显着较小,而且比碱土的淋洗效果好。
文红艳[3]2005年在《土壤溶质锋运移及参数估计的实验研究》文中指出工业叁废的排放、农业生产中化肥的流失、农药的大量施用以及放射性物质的地下埋放等导致了地下水污染,严重威胁了人类的生命健康。为了确定污染物质的分布范围和危害程度,需要了解污染物在多孔介质中的运移规律和预测其动态分布,因此根据场地条件描述污染物质迁移转化的数学模型以及估算模型参数是有重要的理论和实际意义。 边界层方法是以CDE方程为基础,结合边界层条件,通过对溶质在土壤中运移过程溶质锋面的描述和概化,可推求出溶质在土壤中浓度的时空分布显式解析表达式。这里,边界层指的是溶质锋面到土壤表层的距离,它是时间的函数,边界层运动是多孔介质中溶质质点运动的宏观表现,本身不对溶质运动的大小和方向产生约束,而是相当于自由边界,具有可观测性,但不具有可控制性。边界层方法推导出的时间与边界层距离之间这种显式解析表达式可以用来估计溶质运移模型方程中的参数。 边界层方法估计的溶质运移参数与穿透曲线程序拟合法所确定参数进行比较,两者估计的参数有一定的偏差。由于TDR在探测溶质锋面时,由于受到本身灵敏度的影响,有一定的滞后现象,这可能是造成这种偏差的一个原因。另外,研究结果还表明,微小边界层法在确定运移参数方面,较瞬时边界层法表现出更高的精度,这说明了微小通量边界层方法在推导过程中,定义边界层上有一小的溶质通量ε_0是合理的。该溶质通量在数值上可定义为仪器观测误差。在利用微小通量边界层法确定参数时,如何确定系数A也是一个关键,也是影响参数估计的一个原因。 在应用边界层方法确定运移参数时,溶质运移锋面位置的判断是一个关键。时域反射仪(TDR)是一种测定范围一定、没有干扰、能连续测定土壤中不同时间、不同浓度的含水量和溶质含量变化。近年来被广泛用于土壤水分和土壤溶质的运移研究。在理论上,当土壤中的溶质浓度发生变化时,TDR探测到TDR Level值就会发生变化,本文以TDR作为判断溶质锋面位置,结合边界层方法,估计土壤溶质运移中两类常见的参数弥散因子D和延迟因子R。本文从实验的角度对TDR作为判断溶质锋面的方法是可行性进行了研究。研究结果表明,在溶质锋面没有到达探测点时,TDR所显示的TDR Level值为一恒定值,溶质锋面到达后,TDR Level开始逐渐下降,这种有规律的变化
赵霞则[4]2005年在《典型溶质在土壤中运移规律的实验研究及数值模拟》文中进行了进一步梳理随着工农业的高速发展以及人类活动影响的加大,关于土壤或地下水受到污染的问题日益引起人们的重视,而问题的实质就是可溶性污染物在水流作用下在土壤或含水层中的运移结果,在理论上,它涉及到土壤溶质运移理论。为了更深入地了解典型溶质在水土体系中的迁移转化机制,为环境评价、治理提供理论和实验依据,本文以实验为基础,数值模拟为手段,采用室内实验与数值模拟相结合的研究方法,研究了F~-、Cl~-在土壤中的运移规律。 (1)实验工作包括两部分内容:典型溶质在土壤中的运移实验和非饱和土壤水分运动实验。溶质运移实验研究部分内容包括:①溶质在垂向、水平向的运移;②溶质在不同土壤质地中的运移;③不同溶质在同一质地土壤中的运移;④不同溶质加入方式下的溶质运移;⑤不同土壤水力条件下的溶质运移。 非饱和土壤水分运动实验研究部分:不同质地在土壤脱湿、吸湿过程下的持水特性和非饱和导水率变化,并采用VG模型公式进行数值模拟,为掌握和模拟非饱和区土壤水分运动、溶质运移提供了参数保证。 (2)通过对实验数据的总结分析,以对流弥散方程为基础,采用解析解,编制最小二乘法程序,对溶质在土壤中的运移规律进行深入探讨,同时总结经验公式,定量地描述了淋滤阶段溶质浓度随时间的衰减规律。 (3)数值模拟部分,根据实验条件编制有限差分法程序,以土槽实验模型为例验证了程序编制的正确性,同时模拟了溶质浓度的时空分布规律。 (4)以金华地区武义区堆积的含氟废矿为例,应用本文所介绍数学模型,对降雨淋溶条件下含氟废矿析出的离子态氟化物在土壤中运移扩散范围进行分析评价。 (5)总结了本文尚未解决的问题,提出了展望。
杨文涛, 刘春平, 文红艳[5]2006年在《一种估计溶质运移参数的统计—确定性方法》文中进行了进一步梳理该文通过设计算例论述了最小二乘法(CXTFIT)和图解法(GM)参数估计过程,讨论了怎样改善由于CXTFIT程序法估计参数的不确定性而影响估计结果精度的问题,同时也论证了图解法估计延迟因子具有高精度和稳定性,而对弥散系数的估计精度偏低。在此分析的基础上,提出GM-CXTFIT参数估计方法。同时,利用GM-CXTFIT法估计Cl-1在红壤和水稻土中的运移参数,用CXTFIT程序对这两种土壤溶质运移的穿透曲线进行了模拟。结果表明:GM-CXTFIT法能有效减少CXTFIT程序法中估计参数的不确定性,较好地改善图解法估计弥散系数的精度;模拟的穿透曲线与实测穿透曲线基本一致,证实GM-CXTFIT在实际运用中是可行的,是多孔介质运移参数估计的可选方法之一。
刘春平, 叶乐安, 邵明安, 周学军[6]2004年在《土壤溶质运移参数估计图解方法》文中进行了进一步梳理基于土壤中溶质运移的对流 弥散方程 (CDE)提出了溶质运移参数估计的图解方法。根据土柱溶质运移“穿透曲线”(BTC)数据计算通量浓度随时间变化 (dc/dt)。应用绘图软件 ,例如MicrosoftExcel,绘制出t1 5dc/dt和dc/dt相对于时间的变化曲线。这两条曲线都是单峰曲线 ,并被用于估计CDE中延迟因子(R)和弥散系数 (D0 )。设计算例和穿透实验数据被用于校正图解法估计参数的精度和稳定性。参数估计的稳定性由估计参数对它们平均值的标准差评价 ;参数的估计精度与CXTFIT法和等斜率法比较。结果表明图解法具有较高的精度和较好的稳定性 ,特别是对于运移参数R的估值。图解法是一个确定性方法 ,它具备确定性方法中估计参数唯一性特点 ,克服了统计方法中需要给定参数初值的缺点。因此 ,这个方法是土壤溶质运移参数估计的可选方法之一。
郑纪勇[7]2001年在《土壤中溶质运移的边界层方法》文中研究说明工业叁废的排放、农业生产中化肥的流失、农药的大量施用以及放射性物质的地下埋放导致了地下水污染，严重威胁了人类的生命健康。为了确定污染的危害程度，必须了解污染物在多孔介质中的运移规律和预测其动态分布，因此需要建立各种条件下的数学模型和估计模型的各个参数。边界层方法为确定溶质运移参数提供了方便，但在应用中的可行性还未进行试验研究，且应用边界层方法确定溶质运移参数之前，首先需要解决的一个问题是如何确定边界层的位置。本文根据国内外目前广泛采用的可视化示踪离子运移和原状土壤中探测离子浓度变化的手段，研究了亮兰食品染色剂和TDR作为示踪和探测溶质锋手段的适宜性及边界层方法在实际应用中确定参数的可行性。研究结果表明： 1．亮兰染色剂在土壤中有本身的化学反应和吸附解吸规律，因而应用染色方法所得边界层估计的溶质运移参数远大于Cl~-的运移参数。说明了染色剂在水溶液中虽然以阴离子状态存在，但由于其特殊的分子结构，仍然可以被土壤吸附，边界层运动滞后于Cl~-，因而染色剂不能准确地指示Cl~-边界层的运动状况。 2．根据边界层理论，边界层的深度与时间呈显着的线性相关，染色剂指示的Cl~-的边界层也呈显着线性相关，因此可以找出染色剂所指示的Gl~-的边界层与Cl~-的实际边界层之间存在的关系，对染色剂指示的边界层位置进行修正。四种土样中，修正后的染色剂所指示的Cl~-的精确的边界层位置为：风沙土中：d_(cl)=5.39d_(dve)-6.12，容重为1.30、1.25、1.20g／cm~3黄绵土中分别是：d_(cl)=9.96d_(dve)-22.71；d_(cl)=9.41d_(dve)-12.89；d_(cl)=5.51d(dve)-8.33。对染色剂指示的边界层的位置进行修正后，使得使用染色剂指示Cl~-的边界层位置应用边界层方法准确确定Cl~-的运移参数成为可能。 3．从TDR探测溶质锋和浓度变化的过程可知，在溶质锋没有到达探测点时，TDR－11－土壤中溶质运移的边界层方法一 显示的盐度值为一恒定值，溶质锋到达后，盐度值开始并逐渐上升，且TDR探 测的浓度变化的整个过程与穿透曲线极为相似，说明用TDR在探测溶质锋具有 ． 较好的可行性，为利用边界层方法确定溶质运移参数提提供了一个良好的监测溶 质锋的手段。4．用瞬时边界层方法确定的溶质运移参数与经典的穿透曲线拟合法确定的参数进 行比较，两者估计的水动力弥散系数①）极为相近，但瞬时边界层方法估计的 延迟因子m）比穿透曲线拟合得到的 R值大，这可能是由于 TDR确定的边界层 相对于实际边界层滞后造成的。5．瞬时边界层法在一定时间内预测的浓度剖面同精确方法预测的浓度剖面基本一 致，说明在一定的条件下可利用边界层方法进行溶质运移参数的估计并可用于预 测污染物在土壤剖面上的动态分布。6．微小通量边界层方法是在瞬时脉冲条件下推导的，本文把连续输入处理为一次输 入量较大的脉冲输入，取k＝0．0001时延迟因子R与穿透曲线拟合方法得到的R 值非常接近，而扩散弥散系数D值相差较大。随假设k值的变小，该方法得到的 D值逐渐变小。通过计算机模拟，发现TDR探测边界层的滞后是造成D值较小的 一个原因。
刘霄, 熊耀湘[8]2006年在《土壤溶质运移研究现状》文中研究指明介绍了土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者数十年来关于土壤溶质运移的研究成果,探讨了其数学模型、数值计算方法以及参数估算方法的研究现状。
刘春平, 邵明安[9]2001年在《土壤溶质锋运移的解析解》文中认为为了推求土壤溶质锋运移与时间的关系 ,假设土壤溶质运移发生在溶质输入内边界至溶质锋之间 ,应用拉普拉斯变换方法求解输入内边界到溶质锋边界的对流—弥散方程 ( CDE)。溶质锋浓度解与半无限精确解的比较表明 ,在内边界至溶质锋边界内具有良好的一致性。溶质锋运移解的一个重要应用是估计实验室和田间条件的溶质运移参数。这个新的参数估计方法要求土壤中溶质锋随时间运移数据。如果应用有色示踪剂 ,溶质锋运移可以目测 ;如果应用其他示踪剂 ,可以通过 TDR或其它仪器测量示踪剂通量或体积浓度 ,确定溶质锋的深度。这个新的方法简单易行、节省时间 ,而且能够应用到实验和田间条件。
李云开, 杨培岭, 任树梅, 罗远培[10]2005年在《土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展》文中进行了进一步梳理土壤中水分和溶质运移一直是土壤-水环境系统中的研究热点,也是目前仍未得到很好解决的问题。将分形理论应用于土壤水分溶质运移机制的研究,探讨其领域中的众多复杂问题,是一种全新的思路和方法。在对土壤结构定量化的分形表征进行简要阐述的基础上,重点介绍了分形理论在水分特征曲线和水力传导度等土壤水分运动基本参数的分形模型、土壤水分运移过程模拟、土壤溶质运移的非费克现象、弥散度的尺度效应以及溶质运移机制研究方面所取得的一系列成果,并就分形理论今后在土壤水分、溶质运移研究中的应用作了展望。
参考文献：
[1]. 土壤溶质运移参数估计理论与应用研究[D]. 叶乐安. 湖南师范大学. 2002
[2]. 土壤溶质运移特征实验研究[D]. 杨艳. 西安理工大学. 2006
[3]. 土壤溶质锋运移及参数估计的实验研究[D]. 文红艳. 湖南师范大学. 2005
[4]. 典型溶质在土壤中运移规律的实验研究及数值模拟[D]. 赵霞则. 河海大学. 2005
[5]. 一种估计溶质运移参数的统计—确定性方法[J]. 杨文涛, 刘春平, 文红艳. 勘察科学技术. 2006
[6]. 土壤溶质运移参数估计图解方法[J]. 刘春平, 叶乐安, 邵明安, 周学军. 土壤学报. 2004
[7]. 土壤中溶质运移的边界层方法[D]. 郑纪勇. 西北农林科技大学. 2001
[8]. 土壤溶质运移研究现状[J]. 刘霄, 熊耀湘. 水利科技与经济. 2006
[9]. 土壤溶质锋运移的解析解[J]. 刘春平, 邵明安. 水土保持学报. 2001
[10]. 土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展[J]. 李云开, 杨培岭, 任树梅, 罗远培. 水科学进展. 2005
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