黄土坡面土壤溶质随地表径流迁移特征与数学模型PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　研究意义与背景 1

1.1.1　非点源污染概念及特点 1

1.1.2　农业非点源污染 2

1.1.3　黄土区非点源污染特点及状况 3

1.2　国内外研究现状 4

1.2.1　土壤溶质迁移特性的研究 5

1.2.2　土壤溶质随地表径流迁移的研究 11

1.3　试验方法 29

1.3.1　供试材料 30

1.3.2　试验设备和试验条件 30

1.3.3　试验过程 32

1.3.4　测定内容与方法 34

第2章　降雨特性对土壤溶质随地表径流迁移的影响 36

2.1　模拟降雨的基本特性 36

2.1.1　降雨强度及雨滴粒径的选择 37

2.1.2　雨滴末速的确定 37

2.1.3　雨滴动能及动量 38

2.2　雨滴动能对坡面土壤入渗、产流和产沙特性的影响 39

2.2.1　试验装置及方法 39

2.2.2　雨滴动能对土壤入渗特性的影响 43

2.2.3　雨滴动能对径流过程的影响 48

2.2.4　雨滴动能对径流含沙量过程的影响 51

2.2.5　雨滴动能对径流溶质浓度的影响 52

2.2.6　雨滴动能对土壤溶质迁移特性的影响 56

2.2.7　雨滴动能对土壤及径流酸碱性的影响 58

2.3　降雨强度对土壤水分运移特性及径流过程的影响 59

2.3.1　降雨强度对土壤水分运移特性的影响 59

2.3.2　降雨强度对产流时刻的影响 61

2.3.3　降雨强度对含沙量过程的影响 61

2.3.4　降雨强度对土壤及径流溶质浓度的影响 62

2.4　本章小结 64

第3章　上方来水对黄土坡面侵蚀及溶质迁移过程的影响 66

3.1　试验设计与研究方法 66

3.1.1　试验设计 67

3.1.2　研究方法 67

3.2　上方来水流量对黄土坡面侵蚀及溶质迁移的影响 70

3.2.1　上方来水流量对坡面径流的影响 70

3.2.2　上方来水流量对侵蚀泥沙的影响 72

3.2.3　上方来水流量对坡面径流溶质浓度的影响 75

3.3　上方来水和降雨对坡面侵蚀及溶质迁移的耦合影响 79

3.3.1　降雨与上方来水共同作用下的黄土坡面侵蚀过程 80

3.3.2　降雨和上方来水共同作用下的坡面溶质Br-的迁移过程 95

3.4　坡面侵蚀量和溶质迁移量与水流水动力参数间关系 103

3.4.1　黄土坡面汇流水流的水动力特征参数 105

3.4.2　坡面水流流态的判别 108

3.4.3　坡面汇流水流的阻力变化特征 111

3.4.4　坡面水流水力学特征参数间及其与侵蚀量间的关系 115

3.5　本章小结 121

第4章　地形对黄土坡面溶质迁移特征的影响 124

4.1　黄土高原地貌特征 124

4.2　试验方法与试验设计 124

4.2.1　试验方法 124

4.2.2　试验设计 125

4.3　坡度对黄土坡面溶质迁移的影响 125

4.3.1　坡度对地表径流变化特征的影响 126

4.3.2　坡度对产流时刻的影响 127

4.3.3　坡度对稳定入渗率的影响 127

4.3.4　坡度对侵蚀的影响 128

4.3.5　坡度对径流中溶解态磷的变化特征的影响 128

4.3.6　坡度对径流中钾离子的变化特征的影响 129

4.3.7　坡度对径流中溴离子的变化特征的影响 130

4.3.8　坡度对坡面养分淋溶过程的影响 130

4.4　坡长对黄土坡面养分流失的影响 132

4.4.1　坡长定义及特征 132

4.4.2　坡长对坡面径流侵蚀影响的研究进展 132

4.4.3　坡长对地表径流变化特征的影响 134

4.4.4　坡长对径流溶质浓度变化过程的影响 134

4.4.5　坡长对坡面养分迁移的影响 136

4.4.6　地表径流养分流失模拟模型对比分析 137

4.5 田间模拟降雨下坡度对坡地溶质迁移的影响 140

4.5.1　试验材料与试验方法 141

4.5.2　坡度对径流总量和土壤流失量的影响 142

4.5.3　坡度对径流养分迁移过程的影响 143

4.6　坡耕地土壤硝态氮淋溶特征 145

4.6.1　试验材料与试验设计 146

4.6.2　土壤硝态氮含量沿坡长变化 146

4.6.3　人工降雨前后硝态氮和土壤含水量时空变化 148

4.6.4　雨季期间硝态氮时空变化 149

4.6.5　降雨量对硝态氮淋溶深度及淋失量的影响 150

4.7　本章小结 150

第5章　表层土壤物理特性对溶质迁移的影响 152

5.1　土壤质地对黄土坡面溶质迁移特征的影响 152

5.1.1　试验材料与试验设计 152

5.1.2　土壤质地对坡面产流产沙的影响 153

5.1.3　土壤质地对坡面养分迁移特征的影响 154

5.1.4　土壤质地对坡地剖面水分、养分再分布的影响 156

5.2　土壤容重对坡地水分溶质迁移特征的影响 157

5.2.1　试验材料与试验设计 158

5.2.2　土壤容重对降雨-入渗-径流过程的影响 158

5.2.3　土壤容重对径流养分浓度变化特征的影响 160

5.2.4　径流养分流失量变化过程 163

5.3　土壤翻耕与压实对坡地水分与溶质迁移的影响 166

5.3.1　研究区域概况 167

5.3.2　试验设计与研究方法 167

5.3.3　压实与翻耕对坡地产流产沙过程的影响 167

5.3.4　压实与翻耕对坡地溶质迁移的影响 169

5.3.5　翻耕与压实对坡地剖面水分和溴再分布过程的影响 170

5.4　土壤前期含水量对坡面水分养分迁移的影响 171

5.4.1　试验设计与试验方法 172

5.4.2　前期土壤含水量对降雨入渗产流产沙过程的影响 173

5.4.3　前期含水量对坡地溶质迁移的影响 177

5.5　土壤结构对径流溶质过程的影响 182

5.6　土体底部透水状况对坡地溶质迁移的影响研究 183

5.6.1　试验材料与试验设计 184

5.6.2　透水状况对径流和土壤侵蚀的影响 185

5.6.3　透水状况对坡地径流养分迁移的影响 186

5.6.4　透水状况对土壤溶质渗漏过程的影响 188

5.7　近地表水文条件对坡地养分迁移特征的影响 189

5.7.1　供试材料与试验设计 190

5.7.2　降雨强度对坡面产流产沙的影响 190

5.7.3　降雨强度对坡面径流养分迁移的影响 191

5.7.4　降雨强度对剖面溶质含量分布的影响 193

5.7.5　地表径流养分流失模拟模型对比分析 194

5.7.6　地下供水对土壤溶质分布的影响 196

5.8　本章小结 197

第6章　下垫面条件对坡面土壤溶质迁移特征的影响 201

6.1 土壤物理结皮对黄土坡面土壤溶质迁移特征的影响 201

6.1.1　研究区域与研究方法 202

6.1.2　表土结皮对坡地产流产沙的影响 203

6.1.3　表土结皮对坡地溶质流失过程的影响 204

6.1.4　表土结皮对坡地土壤溶质总流失量的影响 205

6.2　施加PAM对坡地土壤水分溶质迁移的影响 206

6.2.1　试验材料与试验设计 207

6.2.2　PAM用量及施加方式对积水垂直入渗特征的影响 208

6.2.3　暴雨条件下PAM对坡面养分流失的影响 211

6.2.4　不同PAM用量对坡地径流溶质迁移的影响 215

6.3　秸秆覆盖对坡地土壤水分溶质迁移的影响 220

6.3.1　试验材料与方法 220

6.3.2　秸秆覆盖量对坡地产流侵蚀和养分流失的影响 221

6.3.3　秸秆覆盖与施加PAM结合下土壤侵蚀和养分流失特征 225

6.3.4　不同降雨强度下秸秆覆盖量对土壤侵蚀和养分流失特征的影响 228

6.4　秸秆掺混对坡地养分迁移的影响 233

6.4.1　试验材料与试验方法 234

6.4.2　秸秆掺混对降雨产流产沙的影响 234

6.4.3　秸秆掺混对径流养分流失的影响 235

6.4.4　土壤剖面水分和养分分布 236

6.5　碎石覆盖对黄土坡地侵蚀及溶质迁移的影响 237

6.5.1　试验区概况与试验方法 237

6.5.2　碎石覆盖下的黄土坡地侵蚀过程分析 241

6.5.3　碎石覆盖下的黄土坡地径流溶质迁移过程分析 244

6.5.4　不同碎石覆盖下黄土坡地土壤剖面水分及溶质分布 247

6.5.5　不同碎石覆盖下黄土坡地汇流水流的水力学参数分析 250

6.6　植被种植密度对坡地溶质迁移的影响 253

6.6.1　试验材料与试验方法 255

6.6.2　种植密度对径流总量和侵蚀量的影响 255

6.6.3　种植密度对径流溶质迁移的影响 255

6.6.4　种植密度对坡地土壤剖面水分再分布过程的影响 257

6.6.5　种植密度对坡地土壤溶质淋溶过程的影响 259

6.7　黄土坡面侵蚀量及溶质迁移量与水动力参数间的关系 261

6.7.1 不同坡面地表状况下的基本水动力参数以及侵蚀量的对比 263

6.7.2　不同坡面地表状况下的坡面侵蚀量与水动力学参数间的关系 265

6.7.3　不同坡面地表状况下随径流迁移的溶质量与n/h间的关系 271

6.8　本章小结 275

第7章　施肥状况及化学物特性对土壤溶质迁移的影响 280

7.1　肥料有效性对坡地溶质迁移的影响 280

7.2　施肥方式对坡地土壤溶质迁移的影响 281

7.2.1　试验材料与试验设计 282

7.2.2　施肥方式对坡地径流溶质浓度的影响 282

7.2.3　施肥方式对土壤剖面养分迁移的影响 285

7.2.4　地表径流养分流失模拟模型对比分析 288

7.3　连续施肥条件下植被对土壤养分迁移的影响研究 290

7.3.1　试验材料与试验设计 290

7.3.2　地表径流变化特征 291

7.3.3　不同植被类型对坡地径流溶质浓度的影响 292

7.3.4　不同植被覆盖度对坡地径流溶质浓度的影响 294

7.3.5　不同植被覆盖对坡面养分迁移的影响 296

7.3.6　地表径流养分流失模拟模型对比分析 297

7.4　化学性质对径流溶质流失的影响 299

7.4.1　影响土壤水及离子运移的物理化学过程 299

7.4.2　土壤中阴阳离子随径流迁移特性 300

7.4.3　土壤中硝态氮、溴、磷和钾随径流迁移特性 301

7.5　本章小结 303

第8章　土壤溶质随地表径流迁移模拟模型 305

8.1　土壤入渗基本特征 306

8.2　基于Philip积水入渗公式的产流模型 307

8.2.1　Philip积水入渗公式 307

8.2.2　基于Philip入渗公式的降雨入渗模型 308

8.2.3　基于Philip入渗公式的产流模型 310

8.3　基于Green-Ampt积水入渗公式的产流模型 311

8.3.1　Green-Ampt积水入渗公式 311

8.3.2　基于Green-Ampt入渗公式的降雨入渗模型 313

8.3.3　基于Green-Ampt入渗公式的产流模型 314

8.4　基于一维代数模式的降雨、入渗、产流模型 315

8.4.1　积水入渗条件下一维非饱和土壤水分运动代数模式 315

8.4.2　基于代数入渗公式的降雨入渗模型 319

8.4.3　基于代数入渗公式的产流模型 321

8.5　模型参数关系分析 322

8.5.1　Green-Ampt公式与Philip公式参数关系 323

8.5.2　Green-Ampt入渗公式与一维代数模型参数间关系 324

8.6　降雨产流模型检验 324

8.6.1　基于短历时降雨产流模型 325

8.6.2　基于长历时降雨产流模型检验 326

8.7　坡面土壤溶质随径流迁移数学模型 328

8.7.1　混合深度概念的发展 328

8.7.2　完全混合与不完全混合模型 330

8.7.3　等效对流传递模型 334

8.7.4　非饱和土壤溶质随地表径流迁移模型检验 337

8.7.5　指数函数与幂函数形式模式对比 343

8.8　土壤溶质随径流迁移的质量传递函数模型 346

8.8.1　质量传递函数模型的建立 347

8.8.2　溶质质量传递时间概率密度 348

8.8.3　根据试验资料推求m（τ/t′） 350

8.9　以地表水深和混合层为对象的径流溶质迁移过程模拟模型 351

8.10　本章小结 356

参考文献 358