夏玉米田水热耦合运移的数值模拟

本文从土壤水热耦合运移的基本方程出发，依据能量平衡原理和质量守恒定律，系统地描述了ＳＰＡＣ中的水分传输和能量转换，模拟了系统中水分和热量的动态变化过程。经夏玉米生育盛期模拟值与实测值的比较分析表明，用本文提出的模型模拟田间土壤水热动态和作物生理特性的变化过程具有较高的精度。     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果，分析了越冬期土壤水热状况的变化规律     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内主地试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理，微气象理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５￣１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１￣１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融     

间歇供水条件下考虑土壤水滞后作用的水分入渗数值模拟

本文对间歇供水条件下土壤入渗过程进行了试验研究，采用数值模拟方法描述了考虑土壤水滞后的水分入渗过程。     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一，基于土壤水、热运动基本方程，结合地表滴灌水分运动特点，建立了地表滴灌水、热运移数学模型，利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解，并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明， 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果；当土壤、气象以及灌水资料等可知时，利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律，模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外，数值模拟值和实测结果都显示，地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

华北冬小麦-夏玉米农田水分动态模拟研究

冬小麦-夏玉米连作是华北地区主要的粮食作物种植模式。根据华北季节性冻土区的特点,将全年划分为作物生长期与越冬期,分别建立了作物生长条件下农田水分运移模型、冻融条件下土壤水热运移模型。前一模型主要包括参照腾发量计算、腾发量分配、作物根系吸水、土壤表面蒸发、土壤水分特征参数和土壤水分运动等子模型;后一模型主要包括冻土水热耦舍迁移、地气水热交换等子模型。应用以上模型对冬小麦-夏玉米连作条件下的土壤水分过程进行模拟,根据北京永乐店试验资料对模型进行检验。模拟了不同降水水平年、不同灌溉处理下的农田灌溉制度及土壤水分过程,分析了降水、灌溉对农田蒸散、土壤水利用、深层渗漏等的影响。     

土壤水热迁移问题的混合有限远法

基于土壤水动力学理论以及传热学理论建立了水热耦合的数学模型，采用混合有限元法对其求解，同时求得水压、水分能量、温度分布以及热通量。为农业工程设计提供依据。     

间歇供水条件下考虑土壤水滞后作用的水分入渗数值模拟

本文对间歇供水条件下土壤入渗过程进行了试验研究，采用数值模拟方法描述了考虑土壤水滞后的水分入渗过程。结果表明文中使用的确定性模型虽能较好地模拟土壤水分状况改变对入渗率的影响，却无法反映表层土壤物理性能变化对入渗的作用。当利用一维垂向非饱和土壤水运动模型来描述间歇供水条件下的土壤入渗分布过程时，应改进模拟技术使之能包容后者的影响。     

土壤水-汽-热耦合运移的数值模拟研究与验证

土壤水是自然界水分循环的重要组成部分,在研究土壤水分运移中考虑热量的影响能够提高模拟的精度并反映真实的物理过程.基于土壤水-汽-热耦合运移方程建立土壤含水率和温度的数值模拟模型,通过对VG模型的经验拟合参数n和α、土壤残余含水率θr、饱和含水率θs的率定使模拟结果得到优化;将修改后的参数作为模型的基本参数,连同气象资料...     

塑料薄膜覆盖时土壤内水热传输模拟

建立了一个包括土壤层,塑膜覆盖物,植物冠层和大气边界怪的系统,系统中的各层进行了能量平衡计算,并根据Ｐｈｉｌｉｐ和Ｄｅ Ｖｒｉｅｓ提出的土壤水热运移耦合方程,开发了预测塑膜覆盖下土壤水热运移的一维模型。采用该模型进行了十天的模拟计算,模拟结果与实测的土壤温度及负压剖面吻合较好。     

塑料薄膜覆盖时土壤内水热传输模拟

建立了一个包括土壤层、塑膜覆盖物、植物冠层和大气边界层的系统,系统中的各层进行了能量平衡计算。并根据Ｐｈｉｌｉｐ和ＤｅＶｒｉｅｓ提出的土壤水热运移耦合方程,开发了预测塑膜覆盖下土壤水热运移的一维模型。采用该模型进行了十天的模拟计算,模拟结果与实测的土壤温度及负压剖面吻合较好     

不同水分和覆盖处理对土壤水热和夏玉米生长的影响

基于大田对比试验,研究了3种水分条件和覆盖处理对土壤水分、温度以及夏玉米地上部生长、产量、耗水量和水分利用效率的影响。结果表明,地膜和秸秆覆盖通过调节土壤水分和温度变化改善了夏玉米根区水热状况;3种水分条件下,地膜和秸秆覆盖增加了夏玉米地上部干质量和产量,提高了水分利用效率;中、低水分下2种覆盖方式的节水增产作用大于高水分;同一水分条件下,秸秆覆盖对土壤水热状况及夏玉米生长的影响效应随秸秆覆盖量的增加而增大。试验区土壤水分下限控制在65%FC、地膜覆盖或秸秆覆盖量7 500kg/hm2为宜。     

基于SWAP模型的春玉米咸水非充分灌溉模拟

为了探究石羊河流域适宜春玉米生长的咸水非充分灌溉模式,应用SWAP模型模拟不同灌溉模式下的土壤水盐平衡、春玉米相对产量和相对水分利用效率,并预测了较长时期土壤水盐动态变化规律.研究结果表明:灌溉水矿化度为0.71 g/L和3.00 g/L的春玉米最优灌溉模式为生育期内灌4次水,灌溉定额均为408 mm,2种灌溉模式均能达到节约灌溉用水、提高作物产量和水分利用效率以及减少土体盐分累积量的目的.较长时期土壤水盐动态变化规律模拟结果表明:在冬灌条件下,春玉米最优灌溉模式下的土壤水分和盐分能够在模拟期内保持相对平稳的状态;在不同年份,相同土层土壤含水率随着土层深度的增加而增大,0.71 g/L的淡水灌溉土壤盐分主要累积在40~80 cm土层,3.00 g/L的微咸水灌溉土壤盐分主要累积在10~40 cm土层;5 a的模拟结果表明0.71 g/L和3.00 g/L的水持续灌溉5 a,不会引起土壤次生盐渍化.     

土壤中水、燕、盐耦合运移机理与模型的研究进展

土壤水、热、盐运移规律的研究是目前土壤学、农田灌溉、水土保持、环境科学等学科研究的一个热点问题，也是防治土壤次生盐碱化，提高土壤肥力和土壤生产效率的重点。为此，简要介绍了土壤水、热、盐运移基本理论的发展过程和国内外学者数十年来关于土壤水、热、盐的研究成果，并对土壤水、热、盐运移模型研究进行了一定的评价，讨论了目前该研究领域急需解决的问题，为进一步的研究提供帮助。     

东风渠灌区土壤水热环境及气象影响因子的响应研究

土壤水热环境对作物生长有着重要影响，为了确定东风渠灌区土壤水热变化特征及其气象影响因子，对灌区土壤温度和水分数据进行了为期一年的观测，利用变异系数Cv和Pearson相关法对灌区土壤水热数据进行了处理分析，结果表明：(1)土壤温度在夏季偏高，各层土壤温度表现为：表层土壤>深层土壤；冬季偏低，各层土壤温度表现为：表层土壤<深层土壤；在雨季时，土壤水分波动较大，值相对较高，一定程度上反映了各层土壤持水能力的高低：40 cm>20cm>60 cm>10 cm；(2)晴天土壤温度波动一般大于雨天，而雨天发生有效降水时，其土壤水分波动大于晴天；(3)非雨天，空气温度与土壤温度（正相关）、土壤水分（负相关）相关性最好；雨天，土壤温度与相对湿度相关性最好（正相关），雨天土壤水分与空气温度相关性最好（正相关），气象因子对土壤水热的影响随土壤深度增加，逐渐递减。研究成果对于完善灌区土壤水热变化理论，对灌区农业生产活动中土壤水热管理具有重要意义。     

不同初始含水率砂土水-汽-热耦合迁移数值模拟

地表浅层土壤水热状态是影响发生在该区域物理、生物和化学过程的关键要素。针对地表浅层土壤含水率低、温度变化大的特点,应用Hydrus-1D软件构建热源作用下一维非饱和土壤水-汽-热耦合迁移理论模型,进行砂土不同初始含水率下有无水蒸气迁移的数值模拟研究。结果表明:与仅考虑液态水迁移相比,考虑水蒸气迁移后,砂土含水率迁移加剧,温度上升速度加快;砂土的初始含水率越小,水蒸气迁移对砂土的水分迁移和温度变化影响越大,随着含水率的不断增加,水蒸气迁移对砂土含水率和温度影响的效应逐渐降低直到消失。因此,在低含水率砂土的水热迁移模拟研究中,应考虑水蒸气迁移因素,以提高模拟精度,在含水率较高的砂土中,可忽略水汽的迁移影响,以简化计算。     

多源观测在水文数据同化中的应用

为理解观测信息对水文数据同化性能的作用,建立了基于分布式水文模型SWAT的集合卡尔曼滤波(EnKF)算法,通过虚拟实验讨论径流、土壤水、地下水位等观测的影响。研究结果表明:当以流域出口点的径流为唯一观测时,可以较为准确地估计径流和参数CN_2,但对深层土壤水估计效果有限;浅层含水量观测可以用于估计暴雨径流,但模拟垂向水分运动时会产生偏差,不能改善整个径流过程估计;由于地下水位的变化可以在一定程度上反映土壤的垂向运动信息,补充地下水位观测可以提高土壤水的估计效果。因此,采用多源观测能更为精确地模拟径流和土壤水分状态,可以考虑使用成本低、易获取的地下水观测来反映深层土壤水的变化情况。     

不同秸秆覆盖厚度下季节性冻融土壤的水热运移规律模拟研究

运用水热耦合模型(SHAW)对秸秆覆盖厚度为5、10、15、20和30 cm下的季节性冻土中的水热迁移进行了模拟。结果表明:模型对土壤水分模拟效果较好,模拟期土壤水分模拟的标准误差RMSE为0.003～0.08 m~3/m~3。由于表层土壤易受外界气象条件变化的影响,模型对土壤温度模拟结果误差相对较大,但误差处于合理范围内。使用率定好的SHAW模型对秸秆覆盖厚度大于30 cm下的土壤水热运移进行了模拟预测,模拟结果表明当秸秆覆盖厚度≥45 cm时,秸秆覆盖下的土壤水热运移基本不受外界影响。     

干旱区枣园土壤水分运动及深层渗漏数值模拟

根据TRIME与Hydra土壤水分监测仪监测枣园土壤含水率、TRAC冠层仪测定叶面积指数、Vantagepro2气象站监测气象数据等资料,开展了枣园土壤水渗漏试验.借助HYDRUS-1D模型对枣园传统地面灌条件下的土壤水渗漏规律进行模拟,经检验,模型模拟土壤层20,40,60,80 cm时,土壤含水率模拟值与实测值相关系数分别为0.94,0.94,0.92,0.71.利用模型分析了研究区地面灌条件下的土壤水渗漏特征和田间灌溉水量的转化关系,改进灌溉模式可大幅减少灌溉水量,提高水分的利用效率.     

果树蓄水坑灌法单坑水分入渗数值模拟及分析

根据果树生理特性与土壤水动力学理论，建立了非恒定水位复杂边界条件下的蓄水单坑均质土入渗及土壤水分运动的数学模型，并采用交替方向隐式差分法进行求解。其模拟结果与实测结果吻合较好，表明利用该方法模拟蓄水单坑的水分入渗问题是可行的。用本模型模拟了不同条件下的入渗过程，并对入渗规律的影响因素进行了分析，为蓄水坑灌理论与灌水技术要素的深入研究做了一些基础性的工作。