普吉土介质弥散试验研究

普吉渣场黏土的水动力弥散特征是该地区地下水环境评价关键内容。以普吉地区非饱和红色黏土和黄色黏土为对象,以氯化钾为溶质,采用水平土柱入渗法对非饱和土壤水动力弥散系数Dsh（θ）进行了试验和分析。试验结果表明,对该2种土壤,非吸附性溶质Cl-1的水动力弥散系数Dsh（θ）与土壤含水率θ成幂函数关系;同一含水量条件下红色黏土中渣溶质运移的速率要大于黄色黏土。     

松嫩平原碱化稻田溶质运移规律研究

使用溴离子为示踪剂,对种稻1年、5年后的碱化稻田土壤水分迁移特征流进行研究。结果表明,与对照相比,种稻措施促进了优先路径的发育,且这种效应随时间而增强。运用人工神经网络中的BP网络、传递函数模型以及对流-弥散函数模型(CDE)对3种处理的溴离子的穿透过程进行模拟表明,传递函数模型(TFM)、对流弥散模型能模拟种稻5年的土壤中的溶质迁移特征,对种稻1年和对照模拟值与观测值存在一定偏差,而BP网络能较好的模拟3种土壤中溶质的运移过程。     

沼液中硝态氮在非饱和均质土壤中的吸附特征试验研究

为了探求合理的沼液灌溉浓度和灌溉量,避免沼液中硝态氮对地下水的污染,文章在室内恒温条件下进行了非饱和均质土柱对沼液中硝态氮的吸附研究试验,并应用对流弥散溶质运移模型和CXTFIT2.0软件对吸附曲线进行了拟合分析。结果表明:除土壤容重为1.35 g·cm~(-3),沼液浓度为1∶1,入渗水头为4 cm的处理外,其他各处理达到吸附平衡时渗出液中硝态氮含量均小于国家标准值(10 mg·L~(-1));随土壤容重的增加,渗出液初始出流时间、土体对沼液中硝态氮吸附达到平衡所需时间及相应沼液入渗量均逐渐增加,且达到吸附平衡时渗出液中硝态氮含量呈1.35 g·cm~(-3)组1.30 g·cm~(-3)组1.25 g·cm~(-3)组的趋势变化;随沼液浓度的增加,吸附曲线逐渐向下、向右偏移,被截获在土柱中的硝态氮含量也随之增加,而渗出液相对浓度(C/C0)、平均孔隙水流速(V)及水动力弥散度(D)逐渐减小;不同入渗水头条件下,2 cm水头的平均孔隙水流速(V)及水动力弥散度(D)均小于4cm水头;不同土壤容重条件下,平均孔隙水流速(V)呈1.35 g·cm~(-3)组1.30 g·cm~(-3)组1.25 g·cm~(-3)组的趋势变化,而水动力弥散度(D)呈1.35 g·cm~(-3)组1.30 g·cm~(-3)组1.25 g·cm~(-3)组的趋势变化。     

土壤溶质迁移理论研究进展

随着农业发展和环境保护工作的加强,土壤溶质迁移研究成为一个热点问题。国内外学者从不同角度研究了土壤溶质迁移机制,并建立了相关的数学模型。通过综合国内外研究文献的基础上,分析了几何模型、对流弥散方程和传递函数模型方面的研究进展及存在问题,并探讨了在相关理论方面间内在关系,指出以后研究的重点问题。     

石河子垦区灌耕灰漠土饱和-非饱和土壤水动力弥散试验研究

根据室内水平土柱吸渗法和易混合置换试验,对石河子垦区灌耕灰漠土饱和-非饱和土壤水动力弥散进行试验,通过理论分析和计算,得到了非饱和土壤水分扩散率和水动力弥散系数及饱和条件下的溶质弥散度,结果表明,规律性较好,且有较好的重现性,说明方法是可行的,测定数据有较好的应用参考价值。     

用对流扩散方程确定非饱和土壤水动力弥散系数

用非饱和土壤水动力弥散方程及其解析解 ,在室内试验的基础上 ,研究了非饱和土壤在不同初始含水量、不同入渗方式及不同加肥方式下的水动力弥散系数。研究结果表明 :土壤初始含水量、灌水方式对非饱和土壤水动力弥散系数影响大 ,而加肥方式对土壤水动力弥散系数影响小。所述方法 ,理论性强 ,概念清楚明潦 ,试验操作简便 ,结果正确可靠     

用对流扩散方程确定非饱和土壤水动力弥散系数

用非饱和土壤水动力弥散方程及其解析解,在人试验的基础上,研究了非饱和土壤在不同初始含水量、不同入渗方式及不同加肥方式下的水动力弥散系数。研究结果表明：土壤初始含水量、灌水方式对非饱和土壤水动力弥散系数影响大,而加肥方式对土壤水动力弥散系数影响小。所述方法,理论性强,概念清楚明潦,试验操作简便,结果正确可靠。     

不同地下水埋深污灌硝态氮对土壤-地下水环境影响试验研究

地下水埋深是影响污灌污染物在土壤-地下水系统中运移特性的主要因素之一。通过室内污水入渗试验,研究了不同地下水埋深条件下污灌污染物NO3--N在土壤中的运移特性及对地下水环境的影响。研究结果表明:地下水埋深的不同导致了土壤内水分分布和NO3--N迁移路径的差异,从而影响了NO3--N在土壤-地下水系统中的运移特性。埋深浅,高土水势能和反硝化潜势制约了污水携带NO3--N向下层土壤迁移淋失的趋势,但高土水势能和短迁移路径使下层土壤基质中的NO3--N易被挤入至地下水中,NO3--N污染地下水风险较大。     

径流对缓坡饱和土壤溶质影响的实验研究

降雨条件下,土壤溶质随径流的产生发生迁移。利用室内实验,研究缓坡饱和土壤溶质流失的时间规律、溶质浓度在垂直入渗和坡面径流两个方向上的变化规律。结果表明：在径流过程中,溶质流失速度变小,流失量减少并趋于稳定,幂函数比指数更适合描述这类变化;垂直方向上,土壤溶质向下层渗透扩散受深度的影响,随深度的增加溶质浓度先增后减并趋于稳定,此规律适合用对数描述;在坡面表层,土壤溶质随径流的迁移规律清晰,土壤溶质浓度远处高于近处,多阶多项式模型更适合描述浓度变化;随土层深度增加,溶质浓度变化有明显分界线,在分界线及以下溶质浓度变化规律性较差,总体呈降低趋势。     

土壤溶质迁移的高次幂函数近似解析模型

为了利用解析模型模拟土壤溶质迁移过程、估计土壤溶质迁移参数,在假定土壤溶质质量浓度分布为n次幂函数的基础上,结合边界层方法,将描述土壤溶质质量浓度分布的低次幂函数进一步推广,得到土壤溶质迁移的n次幂函数近似解析模型.在2个时刻(t=360,720 min)、较大距离(120～450 cm)时,利用不同次幂函数模型对溶质迁移过程进行比较分析,模拟结果表明孔隙水流速度较小(v=0.01 cm/min)时,在短历时(t=360 min)、长距离(x>50 cm)处,六次幂边界层解与其他次幂边界层解相比具有较高精确度;对边界层距离公式受各参数的影响进行模拟计算,分析结果表明:较小的孔隙水流速度(v≤0.01 cm/min)对边界层距离影响甚小;基于较小土壤孔隙水流速(v=0.01 cm/min)及测量仪器的不同灵敏度,利用不同次幂边界层距离公式对土壤溶质迁移参数进行数值计算比较及误差分析,结果表明用较高灵敏度的仪器进行测量,结合六次幂的边界层距离公式可准确地推求土壤溶质迁移参数弥散系数D及延迟因子R.     

土壤溶质迁移的高次幂函数近似解析模型

为了利用解析模型模拟土壤溶质迁移过程、估计土壤溶质迁移参数,在假定土壤溶质质量浓度分布为n次幂函数的基础上,结合边界层方法,将描述土壤溶质质量浓度分布的低次幂函数进一步推广,得到土壤溶质迁移的n次幂函数近似解析模型.在2个时刻(t=360,720 min)、较大距离(120~450 cm)时,利用不同次幂函数模型对溶质迁移过程进行比较分析,模拟结果表明孔隙水流速度较小(v=0.01 cm/min)时,在短历时(t=360 min)、长距离(x>50 cm)处,六次幂边界层解与其他次幂边界层解相比具有较高精确度;对边界层距离公式受各参数的影响进行模拟计算,分析结果表明:较小的孔隙水流速度(v≤0.01 cm/min)对边界层距离影响甚小;基于较小土壤孔隙水流速(v=0.01 cm/min)及测量仪器的不同灵敏度,利用不同次幂边界层距离公式对土壤溶质迁移参数进行数值计算比较及误差分析,结果表明用较高灵敏度的仪器进行测量,结合六次幂的边界层距离公式可准确地推求土壤溶质迁移参数弥散系数D及延迟因子R.     

圩区地下水溶质运移随机模拟模型及应用研究

以我国大型圩区为研究对象,开发出一通用的地下水溶质运移随机模拟数学模型,用以模拟圩区地下水中污染物运移与累积情况。分析了大气降水、地表蒸发等随机变量的模拟预测方法,应用随机理论及时间序列理论对上述动态因素进行动态模拟,建立了不同边界条件的圩区地下溶质运移随机模拟模型。应用MODFLOW软件进行数值分析,给出特征点处地下水中总氮浓度随时间的变化规律,并提出现状封闭率条件下的适宜水面率及年排污最大量。结果表明,地下水总氮含量模拟值与实测值最大相对误差11.67%。     

An explicit hydrological algorithm for basic flow and transport equations and its application in agro-hydrological models for water and nitrogen dynamics

Hydrological simulation is a key component in argo-hydrological models for optimizing resources use and minimizing the environmental consequences in agriculture. In this study we extended a simple and explicit algorithm for solving the basic soil water flow equation by Yang et al. (2009) to the solute transport equation. The key feature of the algorithm is to use a uniform soil layer thickness and a small time step in solving the soil water and solute transport equations, so that the calculations can be made on a layer basis. This drastically simplifies the procedure of modeling water and solute transport in soil using the basic equations. The proposed algorithm was tested against the complex finite element (FE) numerical scheme in simulating soil water and solute transport in different soils via numerical experiments. The results showed that the proposed algorithm with a uniform soil layer thickness of 5 cm and a small time step of 0.001 d was able to achieve the identical accuracy as the FE method. Tests of the proposed algorithm in simulating water and nitrogen dynamics against data from a field experiment on wheat revealed that the predicted results with the simple algorithm were in good agreement with the time-course measurements of soil water and mineral N concentration at the various depths in the profile, suggesting that the proposed algorithm performed well and can be reliably applied in agro-hydrological models. The simplicity and accuracy of the algorithm will encourage scientists to use basic equations for soil water and solute transport more in the future for improving performance of agro-hydrological models.     

Analysis of soil wetting and solute transport in subsurface trickle irrigation

The increased use of trickle or drip irrigation is seen as one way of helping to improve the sustainability of irrigation systems around the world. However, soil water and solute transport properties and soil profile characteristics are often not adequately incorporated in the design and management of trickle systems. In this paper, we describe results of a simulation study designed to highlight the impacts of soil properties on water and solute transport from buried trickle emitters. The analysis addresses the influence of soil hydraulic properties, soil layering, trickle discharge rate, irrigation frequency, and timing of nutrient application on wetting patterns and solute distribution. We show that (1) trickle irrigation can improve plant water availability in medium and low permeability fine-textured soils, providing that design and management are adapted to account for their soil hydraulic properties, (2) in highly permeable coarse-textured soils, water and nutrients move quickly downwards from the emitter, making it difficult to wet the near surface zone if emitters are buried too deep, and (3) changing the fertigation strategy for highly permeable coarse-textured soils to apply nutrients at the beginning of an irrigation cycle can maintain larger amounts of nutrient near to and above the emitter, thereby making them less susceptible to leaching losses. The results demonstrate the need to account for differences in soil hydraulic properties and solute transport when designing irrigation and fertigation management strategies. Failure to do this will result in inefficient systems and lost opportunities for reducing the negative environmental impacts of irrigation.Communicated by J. Annandale     

二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型：Ⅰ建模

基于二维畦灌全水动力学模型模拟的地表水深及畦面任意点垂向均布的流速场,通过把湍流垂向流速分布律由标量推广为矢量形式,并结合不可压缩流体力学连续性方程,构造了沿二维畦面及垂向非均布的三维流速场;利用能够描述二维畦面及垂向三个维度的溶质浓度场非均布变化特征的对流-扩散方程,描述传统撒施下的二维畦灌地表溶质运移过程,采用构造的三维流速场,基于湍流近壁模型构造了溶质扩散系数,从而构建了肥料撒施畦灌地表水流溶质运移控制方程;借助于畦灌地表水流模型中的薄水层假设,构建畦面溶质浓度初始条件,并采用一级动力学方程和任意点的固态溶质总量守恒特征,构建了撒施的肥料溶解与输运过程边界条件,从而构建起撒施肥料下的二维畦灌地表水流溶质运移模拟模型.     

土壤中Cr(Ⅵ)吸附规律试验研究

为了研究Cr(Ⅵ)在土壤不同初始pH和初始浓度条件下的吸附规律,以武汉东西湖蔬菜基地的土壤为试验材料进行土柱的动态吸附试验,调节初始溶液的pH和浓度,制备6种不同性质的土样进行动态吸附试验,选用Origin软件来拟合溶质的穿透曲线;并选用惰性离子Cl^-进行示踪试验求取弥散系数,结合 CXTFTI 软件中的化学非平衡模型--两点模型进行数值模拟,求取Cr(Ⅵ)在该土壤中的溶质运移参数,从而对在土壤中Cr(Ⅵ)的吸附过程进行分析及预测.研究结果表明:Cr(Ⅵ)的吸附对pH值非常敏感, 通入溶液的初始pH值越低,穿透时间以及达到吸附饱和的时间越早;而初始浓度也会对Cr(Ⅵ)的吸附有一定影响,通入溶液的初始浓度越高,穿透时间以及达到吸附饱和的时间越早.利用两点模型求取的Cr(Ⅵ)在该土壤中的溶质运移参数能很好的解释土柱试验的结果,Cr(Ⅵ)在该土壤的的吸附过程中大约 60%都是瞬时完成的,40%是受到速率限制作用,满足一阶动力学方程.     

不同灌溉处理条件下苗期冬小麦土柱中的硝态氮运移模拟

应用反求方法通过迭代求解硝态氮运移方程(CDE方程)来估算其源汇项的平均分布,并进一步优化获得源汇项中难以直接测定的参数——根系吸氮因子,从而建立了室内砂培土柱实验中冬小麦的根系吸氮模型。应用该模型模拟冬小麦砂培土柱实验中不同灌溉处理条件下土壤硝态氮动态的变化过程,结果表明,冬小麦各生长阶段土壤硝态氮浓度剖面的模拟值与实测值吻合较好,冬小麦根系吸氮总量模拟值与实测值之间的相对误差均在10%以内。     

地下滴灌施肥条件下土壤中氮行为模拟

以土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程为基础,结合灌溉施肥过程中的初始和边界条件,建立了地下滴灌施肥条件下土壤水肥运动模拟模型,以SWM-2源代码为蓝本,模拟了新疆棉花地下滴灌施肥后土壤中氮的分布与变化过程。结果表明,地下滴灌条件下,施肥时机直接影响到土壤中氮的分布,施肥后冲洗管道1 h,使氮的运动在剖面上呈双峰曲线,以毛管为中心,氨态氮的运动局限于20 cm以内,其含量随时间延长而减少,同时向下层土壤运动;与氨态氮相比,硝态氮的运动范围略有增加,在垂直方向上向上运动大于向下运动。     

Average concentration of soluble salts in leached soils inferred from the convective–dispersive equation

The convective–dispersive, or advective–dispersive, equation (CDE) has long been the model of choice for solute transport in soils. Using the average concentration of soluble salts in soil profile to evaluate changes in salinity due to irrigation can be beneficial when spatial variability of soil salinity at selected depths is larger than spatial variability of soil salinity in the layer encompassing these depths, and when soil salinity is evaluated with electric conductivity measurements that give layer-average rather than depth-specific salinity values. The objective of this work was to present analytical solutions of the CDE that express the average soluble salt content in soil profile as the function of time, water flux, and solute dispersion parameter. The solutions were developed for both semiinfinite and finite domain and implemented in a computer code. Examples are presented of using these solutions to develop a nomogram for the dispersion coefficient estimation and to evaluate the applicability of the semiinfinite domain solution to soil monolith leaching experiments. In cases when the CDE application is justified, the analysis of the salt leaching based on the average salt concentrations in soil profile provides estimates of the effective salt dispersion parameter useful in land evaluation and soil reclamation.     

油茶果采摘机输送液压马达动态特性研究——基于MATLAB/Simulink

输送液压马达提供了油茶果采摘机输送系统的动力,其动态性能对输送系统的稳定性有较大影响。为此,以液压马达的流量连续性方程以及力矩平衡方程为研究基础,运用MATLAB/Simulink软件建立其动态仿真模型,根据马达型号代入相关参数后仿真验证模型的准确性并分析输送系统的动态特性。