阿特拉津在饱和砂质壤土中非平衡运移的模拟

针对农药阿特拉津在稳定流场饱和砂质壤土中的运移 ,根据平衡与非平衡假设条件下对流—弥散方程数学模型的解析解 ,基于易混合置换实验获得的阿特拉津和示踪溶质Br- 的穿透曲线及批量平衡法求得的阻滞因子 ,应用CXTFIT 2 .0软件 ,通过拟合土柱实验中溶质的出流浓度变化 ,估算了模型的有关参数 ,在此基础上模拟分析了实验土柱不同埋深处阿特拉津的出流浓度和累积淋溶量动态 ,结果表明 ,化学非平衡的两点模型对本文实验条件下阿特拉津运移的仿真具有较高的精度     

基于分形理论的土壤优先流运动控制方程

为表征土壤优先流的快速非平衡运动、更准确地预测非饱和带土壤中的水流运动和溶质运移过程,该文在活动流场模型基本理论和土壤优先流表现出的分形特征的基础上,将分形理论引入到连续性模型,根据质量守恒原理建立了描述土壤优先流形式下水流运动和溶质运移过程的控制方程,发展和完善了活动流场模型理论;对比分析了活动流场模型理论与二域模型理论和活动裂隙模型理论之间的联系和区别。研究成果为运用活动流场模型解决优先流条件下土壤水流运动和溶质运移等相关问题提供了参考。     

柑橘地土壤溶质优先运移研究

通过室内原状土柱与重塑土柱对比实验,应用溶质穿透曲线研究柑橘地土壤优先流及溶质优先运移的特征。结果表明:柑橘地原状土柱土壤穿透曲线表现出了上升阶段的拐点现象,是优先流与基质流共同作用的结果。原状土柱土体穿透曲线下降初期较陡,并表现出了较长的拖尾特征,重塑土柱下降趋势相对稳定。存在优先路径的土体出流速率稳定性较差,变异系数较大,其平均出流速率是重塑土柱出流速率的3.5倍。优先流作用使溶质相对浓度到达峰值的时间缩短了37.7%,此时造成的溶质运移量却是平衡基质流所造成的溶质运移量的2.5倍,因此优先流能够导致土壤溶质的快速大量迁移。     

一种耦合化学反应的溶质运移模型的应用

土壤中的化学作用对溶质运移具有重要影响．离子交换和络合反应是土壤中常见的化学反应。利用室内土柱出流实验对这两种作用下的土壤溶质运移进行了探讨，用CXTFIT软件模拟了不考虑化学反应时的常规溶质运移；用水文地球化学模拟软件PHREEQC进行了耦合离子交换和络合反应运移模型的模拟。结果表明，耦合模型的模拟精度更高，从而也初步证明了耦合模型是成功的。     

草本植被过滤带对径流中泥沙和除草剂的去除效果

除草剂阿特拉津的大量使用在提高农业生产效率、增加作物产量的同时,也导致了严重的环境污染。该研究通过在土槽上进行浑水冲刷试验,定量研究了禾本科草本植被过滤带（狼尾草Pennisetum alopecuroides (Linn.) Spreng和野古草Arundinella hirta (Thunb.) C. Tanaka）对径流、泥沙、以及阿特拉津的拦截效果。结果表明,禾本科草本植被过滤带能有效拦截径流,拦截率可达88%;并显著降低泥沙和阿特拉津流失量,但其作用效果受泥沙和阿特拉津的进水浓度影响较大。当进水泥沙浓度为20、40、60 g/L时,植被过滤带对泥沙的拦截率分别为95%、93%、85%;当进水阿特拉津浓度为0.3、0.6、0.9 mg/L时,植被过滤带对阿特拉津的拦截率分别为95%、92%、91%。另外,植被过滤带对泥沙和阿特拉津的拦截率随时间延长呈逐渐降低趋势,试验开始后第1、10、20、40、60分钟的泥沙拦截率分别为97%、95%、93%、91%、87%,阿特拉津拦截率分别为97%、93%、90%、86%、84%;同时,阿特拉津出流浓度与径流量有显著相关关系（r1=0.88,r2=0.93,r3=0.94）,表明径流量在一定程度上决定了阿特拉津出流浓度和出流量。研究证实,植被过滤带能有效降低阿特拉津随径流流失量,对阿特拉津引起的农业面源污染具有较好防治效果。     

纳米粘土矿物对阿特拉津的吸附-解吸特性研究

采用批量平衡实验,研究了纳米粘土矿物与原粘土矿物对除草剂阿特拉津的吸附解吸特陛。结果表明,粘土矿物对阿特拉津的吸附-解吸均能用Freundlich方程很好地拟合。随着溶液中阿特拉津浓度的增加,粘土矿物对阿特拉津的吸附量增加;粘土矿物粒径越小,吸附量越大,纳米粘土矿物的吸附量显著大于原粘土矿物。粘土矿物对阿特拉津吸附量大小顺序为：纳米SiO2）纳米蒙脱石〉凹凸棒石〉蒙脱石〉SiO2。粘土矿物对阿特拉津的解吸表现出一定的滞后效应,即粘土矿物吸附的阿特拉津越多,解吸的越少。粘土矿物对阿特拉津的解吸率大小顺序为：SiO2〉凹凸棒石〉纳米蒙脱石〉纳米SiO2〉蒙脱石。     

撒施肥料一维畦灌地表水流与溶质运移模型构建与验证

模拟撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移过程可为采用先进的畦灌液体施肥方式提供对比依据。该文基于湍流理论垂向流速线性与对数分布规律及不可压缩流体力学连续方程,构造沿畦长及任意垂向断面的非均布流速场和溶质浓度场,建立起撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移模型,并利用典型畦灌施肥试验结果,检验该模型的模拟效果。结果表明,建立的模型不仅具有在撒施肥料状况下较好模拟地表水流运动和溶质浓度时间变化过程的能力,还具备较佳的水量和溶质质量守恒性,从而为评价撒施肥料下的畦灌施肥系统性能及与其它施肥方式下的畦灌施肥系统性能对比,提供了实用的数值模拟工具。     

考虑尺度效应的瞬时输入溶质运移模型及解析解

为探索土壤环境中尺度效应对溶质运移的影响,建立了瞬时输入条件下考虑尺度效应的溶质运移模型。通过Laplace变换和复变函数理论得到了模型的解析解,并利用解析解分析了弥散尺度效应对溶质运移过程的影响。结果表明：随着土壤弥散尺度效应的增强,土壤中溶质浓度分布范围越广,浓度峰运移的距离越大,但浓度峰值越小;随着入口弥散系数（D0）的增加,溶质运移的范围更大,溶质浓度峰值越小,但浓度峰运移的距离几乎没有变化;随着入口孔隙水流速度（v0）的增加,溶质浓度峰运移的距离越大,溶质的运移锋面越远,而溶质浓度峰值及溶质浓度分布范围几乎没有变化。用一维8 m 长土柱中的溶质运移试验资料对所推解析解进行验证,模拟结果与试验结果吻合较好,决定系数可达0.95以上。结果表明所推得的解析解可用来模拟预测较大尺度上溶质运移过程,为土壤环境治理等实际工程提供理论依据。     

阿特拉津对绿麦隆吸附-解吸作用的影响

采用批平衡实验,研究绿麦隆在单一及复合污染体系中的吸附-解吸行为。结果表明,无论是单一体系还是复合体系,吸附等温线均可用Freundlich模型进行良好的拟合。随着阿特拉津浓度的增加,土壤对绿麦隆的吸附作用降低,表明绿麦隆和阿特拉津之间存在竞争吸附,这可能与土壤的有机质类型和绿麦隆、阿特拉津的性质、结构有关。解吸实验表明,随着阿特拉津的浓度增加,绿麦隆的解吸作用增加。吸附过程的拟合指数n值大于解吸过程的对应值,即绿麦隆在不同体系中的解吸作用均存在一定的滞后性。应用Freundlich解吸等温线参数对吸附-解吸等温线的滞后作用进行量化,CT、（CT＋0.5AT）、（CT＋1AT）和（CT＋2AT）处理解吸等温线的滞后系数ω分别为165.200,146.132,94.534和85.945,即随阿特拉津浓度增加,绿麦隆解吸等温线的滞后性降低。     

木霉对阿特拉津的耐受性及酶活响应

本文研究了绿木霉(Trichoderma virens)和哈茨木霉(T. harzianum)在不同浓度阿特拉津处理下的生长速率、生物量和酶活特性。结果表明:阿特拉津对2种木霉菌的生长模式影响较小。在0.25 g L~(-1)浓度处理下,对绿木霉和哈茨木霉的生长速率影响不显著,木霉表现出较好的耐受性。绿木霉在0.65 g L~(-1)和0.75 g L~(-1)浓度时生长受到明显抑制。哈茨木霉在0.35 g L~(-1)浓度即受到显著抑制。绿木霉在0.25 g L~(-1)、0.35 g L~(-1)浓度处理下菌丝生物量与对照无显著差异,0.5 g L~(-1)、0.65 g L~(-1)、0.75 g L~(-1)浓度处理下菌丝生物量与对照差异显著;哈茨木霉在不同浓度处理下菌丝生物量与对照均具有显著差异,并且相同浓度处理绿木霉菌丝生物量大于哈茨木霉。绿木霉在不同浓度阿特拉津处理下均显示出很强的多酚氧化酶和过氧化物酶活性,在高浓度阿特拉津下显示出很强的漆酶活性;哈茨木霉在不同浓度阿特拉津处理下也显示出比较强的多酚氧化酶和过氧化物酶活性,但漆酶活性较低。可见在纯培养条件下,绿木霉和哈茨木霉对阿特拉津均具有一定的耐受性,其中绿木霉耐受能力稍强。     

冬小麦/夏玉米轮作中NO3-N在土壤剖面的累积及移动

通过田间试验研究了冬小麦 /夏玉米轮作中NO- 3 N在土壤剖面的累积及移动 ,结果表明 ,尿素施入旱地土壤后 ,硝化作用一般在 7d之内完成 ,NH 4 N只在施肥后的短期内保持较高浓度 ,其它时期NH 4 N含量基本在 1～ 3mgkg- 1 范围内 ,土壤剖面不同层次NH 4 N一般也低于 4mgkg- 1 ,NH 4 N的含量不能反映土壤有效氮的水平。土壤剖面中的NO- 3 N随施氮量的增加而显著升高。在低施氮量条件下 (N <12 0kghm- 2 ) ,NO- 3 N主要在 0～ 40cm土层内移动 ,但当施氮量高于N 2 40kghm- 2 时 ,冬小麦季即有相当数量的氮移出 0～ 10 0cm土体。NO- 3 N在土体中的移动存在着很大的年际变化 ,在干旱年份 ,即使夏玉米季 ,NO- 3 N向深层移动的可能性也很小。试验年份中 ,除 1999年夏玉米季发生了较严重的气体损失以外 (该季节特别干旱 ) ,其余季节损失的肥料氮主要以NO- 3 N的形式在深层土壤剖面中累积 ,这在两个试验点的结果相当一致。     

Modeling Surfactant LAS Influenced PAHs Migration in Soil Column

The objective of the present work was to study the transport of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in artificially contaminated and oil field soil columns while Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS) was used as leaching solvent. Through soil column leaching experiments, the through curves (BTCs) of the tracer (Br^?) and PAHs were obtained. The batch equilibrium experiments were conducted. The partition coefficients, and the retardation factor (R) were calculated. Nonlinear least-squares optimization approach was used to fit BTCs of Br^? and PAHs. The symmetrical BTC for Br^? was fitted using equilibrium convention-dispersion equation (CDE) model, and the physical and hydrodynamic parameter, i.e. the dispersion coefficient (D) was calculated. Based on these, the equilibrium and non-equilibrium CDE models were applied to fit the asymmetrical and tailing BTCs of PAHs. Results showed that two-site CDE model is better in fitting the observed data. The concentration distributions of PAHs with leaching time at different depth in the soil column were also estimated using two-site CDE model.     

Measured and predicted transport of two S-triazine herbicides through soil columns

Effluent concentration of chloride and two pesticides (prometon and atrazine) were measured during column displacement experiments at two water flow rates. A constant suction of approximately 1300 Pa was maintained in the packed soil columns which were positioned vertically on top of a vacuum chamber enclosing an automatic fraction collector. Measured breakthrough curves (BTC's) were analyzed in terms of two solute transport models: the standard two-parameter convection-dispersion equation (CDE), and a four-parameter two-site/two-region nonequilibrium model (TRM). Calculations obtained with the TRM model were found to be in better agreement with measured BTC's than predictions using the CDE model. Column retardation factors for prometon and artrazine calculated from equilibrium batch sorption coefficients were comparable to those estimated from the observed BTC's only when the nonequilibrium TRM model was used.     

农田气象条件下阿特拉津在土壤中淋溶动态的数值模拟

阿特拉津(Atrazine)是我国华北地区夏玉米田常用的除草剂,而夏玉米生育期又是该地区的主要降雨时段,对这一时段Atrazine在田间尺度的淋溶风险进行评价,对保护浅层地下水环境具有重要意义。以北京市通州区永乐店试验站一块27 m×27 m的农田为背景,通过田间采样、测试分析土壤样品并收集2001年的气象数据,基于简化土壤水三维流场的柱模型假设,在同时考虑土壤水力学参数、Atrazine运移和吸附参数空间变异性的情况下,对该农药在农田尺度下淋溶动态的空间分布进行了数值模拟。在此基础上,对夏玉米不同生育期耕层20 cm深度处的土壤水负压、水流通量和Atrazine浓度的空间变异结构进行了地质统计学分析。结果表明,在整个夏玉米生育期内这三个参量的半方差模型基本上为球状模型,它们的变程多在8~10 m。本研究案例对布设农田尺度土壤水分和Atrazine动态监控网具有一定的参考意义。     

大肠杆菌在饱和砂质壤土中非平衡运移的CDE数学模型模拟

稳态、饱和条件下，以速度u=0．214cm min^-1和0．470cm min^-1进行混合置换实验，研究大肠杆菌在砂质壤土中的运移，并根据平衡与非平衡假设下，对流一弥散方程数学模型进行数值模拟。结果表明，含非平衡的双点吸附、且含有不可逆滞留项的模型能够较好地模拟大肠杆菌在砂质壤土中的运移。模拟和实验结果均表明，大肠杆菌的BTC（Breakthrough Curve穿透曲线）与示踪剂相比峰值明显降低，拖尾明显，且出现延迟，总的流出量也明显少于示踪剂；当水流速度由0．214cm min^-1增至0．470cm min^-1时。大肠杆菌BTC峰值由0．05增至0．2，且随速度的增加，滞留系数减小。     

农田尺度降雨入渗—重分布条件下阿特拉津在非饱和土壤中淋溶风险的评价

以农药阿特拉津为研究对象,通过在北京郊区一个面积为72 9m2 (2 7m×2 7m)的田间采集10 0个土壤样品,分别测定其主要理化特性,由土壤的机械组成和干容重测试数据,采用土壤传递函数生成了vanGenuchten型的水力学参数,并进一步间接计算得到阿特拉津运移的弥散度,同时,由实测的土壤有机碳含量估算了阿特拉津的吸附参数。在此基础上,根据柱模型假设,运用HYDRUS 1D软件,就所设计的由实际背景概化而来的降雨入渗—重分布算例,对阿特拉津在农田尺度非饱和土壤中的淋溶动态进行了数值模拟。结果表明:对一场雨量为90mm、雨强为30mmd-1的降雨,在连续3d降雨接着重分布2 0d的情况下,若忽略蒸散作用对土壤水分和阿特拉津运动的影响,则降雨入渗和降雨入渗—重分布过程结束时,通过土壤2 0cm耕层的阿特拉津的最大累积淋溶量分别占施用量的17.87%和75 .4 1% ;采样区域内阿特拉津淋溶通量的空间分布存在较大差异。所探明的阿特拉津易淋溶带,不仅为合理使用该农药、保护土壤环境提供了定量的依据,而且为预防该农药对浅层地下水的污染提供了重要的信息     

利用溶质锋信息估计溶质迁移参数方法分析

获取土壤溶质迁移参数是利用数学模型预测土壤溶质迁移过程的前提。本文根据对流弥散方程（Convective-dispersive equation，CDE）的一级近似解，建立了土壤溶质迁移过程中溶质锋随时间变化的函数关系，并以时域反射仪（Time domain reflectometry，TDR）为手段、Cl-为对象，通过与土壤溶质穿透曲线（Breakthrough curve，BTC）拟合法相比较，研究了利用该函数关系确定溶质迁移参数的可行性。研究结果表明，两种方法估计的R比较接近，而溶质锋信息法估计的水动力弥散系数D小于穿透曲线拟合法。TDR探测的溶质锋滞后于理论溶质锋，是导致利用溶质锋信息估计水动力弥散系数D偏小的原因之一。将溶质锋信息法估计的迁移参数代入CDE计算的土壤溶质穿透曲线与实测土壤溶质穿透曲线比较发现，风沙土中计算的穿透曲线整体滞后于实测穿透曲线，但两者的穿透过程基本一致，蝼土中计算的初始、完全穿透时间与试验穿透曲线一致，但穿透过程有所差异，说明溶质锋信息法估计的迁移参数具有一定的可应用性，在估计水动力弥散系数的精度方面有待提高。     

Comparison of three models describing bromide transport affected by different soil structure types

This study was conducted to investigate the effects of soil structure on bromide (Br) transport through three soils with granular, prismatic, and single-grain structures. The breakthrough curve (BTC) of the single-grain structure was sigmoidal, symmetrical and similar to a piston flow, showing the dominance of mass flow. In contrast, the BTCs of the granular and prismatic structures were initially steep, becoming more gradual at high pore volumes (PVs). The stable structure and preferential pathways caused the early breakthrough of Br in the leachate of these columns. The convection–dispersion equation (CDE), mobile–immobile water (MIM), and dual-permeability (DP) models were fitted to observed data using the program HYDRUS-1D. The equilibrium transport model (CDE) was not as successful as non-equilibrium (MIM and DP) models in describing the Br transport in prismatic and granular soil columns, although it was able to describe the Br transport in single-grain column well. Overall, the results demonstrated the importance of soil structure in pollutant transport through soils.     

盐分再分配条件下河套灌区冲洗水量的数值模拟

该文旨在探讨干旱缺水地区长期灌溉条件下,合理解决节水灌溉与冲洗灌溉间矛盾的途径,为在该地区实施节水灌溉战略提供理论依据。采用修正的对流扩散模型(SOTR)及特征有限元方法对中国内蒙古河套灌区冲洗—蒸发条件下的冲洗定额进行数值模拟研究。并用γ射线测定土柱土壤水盐运移结果标定了数值模拟结果。重点分析了基于土壤水动力学与溶质动力学原理,再灌溉冲洗与再分配条件下,均质垂直剖面上溶质运移过程;长期灌溉条件下,干旱地区土壤盐分布与冲洗定额、初始土壤盐分含量、地下水位埋深及地下水矿化度间的内在联系;在此基础上,确定节水灌溉条件下河套灌区最优的冲洗定额。该成果对于促进该地区农业可持续发展具有一定的指导意义