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第1章 绪论 1

1.1 土壤水运动理论研究发展概况 1

1.2 土壤水运动理论研究对象及意义 4

1.2.1 土壤水运动与水资源 5

1.2.2 节水灌溉与非饱和土壤水运动 7

1.2.3 农田排水中的土壤水流动问题 8

1.2.4 土壤水运动与环境问题 9

1.2.5 土壤水非均匀流动 22

参考文献 24

第2章 土壤物理及水动力性质 29

2.1 土壤物理性质 29

2.1.1 土壤分类 29

2.1.2 土壤粒径分布 30

2.1.3 土壤物理常数 40

2.2 土壤孔隙水动力性质 42

2.2.1 Newton黏性定律 42

2.2.2 Young-Laplace方程 43

2.2.3 Hagen-Poiseuille方程 45

2.3 土壤结构分形描述 46

2.3.1 分形定义 46

2.3.2 分形维数 47

2.3.3 分形几何与土壤结构 49

2.3.4 多重分形 50

2.3.5 土壤孔隙的分形特征 52

2.3.6 土壤的质量分形维数 53

2.3.7 土壤的孔隙分形维数 55

2.4 土壤水势 55

参考文献 57

第3章 土壤水运动基本理论 60

3.1 土壤水运动基本方程 60

3.1.1 土壤水运动基本方程推导 60

3.1.2 土壤水运动基本方程定解条件 63

3.2 土壤水动力参数 67

3.2.1 土壤水分特征曲线 67

3.2.2 非饱和水力传导度 85

3.2.3 扩散率和容水度 95

3.2.4 各向异性张量的处理 96

3.3 土壤水、热、汽耦合运动方程 97

3.3.1 非等温条件下的土壤水运动方程 97

3.3.2 非等温热流运动方程 98

3.3.3 土壤水、热、汽运动参数 100

3.4 考虑非均匀流动的连续性方程本构关系 103

3.4.1 活动性流场模型 103

3.4.2 活动性流场模型本构关系和流体分形特性关系 104

参考文献 106

第4章 蒸发条件下的土壤水分运动 110

4.1 蒸发条件下土壤水分运动物理过程 110

4.1.1 形成干土前的表土蒸发 110

4.1.2 形成干土后的表土蒸发 112

4.2 潜水蒸发 114

4.2.1 潜水蒸发的主要影响因素 114

4.2.2 无作物生长条件下的潜水蒸发 116

4.2.3 作物生长条件下的潜水蒸发 122

参考文献 129

第5章 入渗条件下的土壤水分运动 130

5.1 入渗条件下的土壤水分运动物理过程 130

5.1.1 土壤水的入渗过程 130

5.1.2 入渗边界概化 131

5.2 入渗条件下的土壤水分运动模拟 132

5.2.1 Green-Ampt模型 132

5.2.2 土壤水入渗经验公式 135

5.2.3 非均匀入渗模拟 137

5.3 用解析法求解入渗条件下的土壤水分运动 139

5.4 结构性流动通道对于入渗的影响 142

参考文献 144

第6章 土壤-植物-大气连续体理论 146

6.1 土壤-植物-大气连续体基本概念 146

6.2 土壤-植物-大气连续体系统能量平衡理论与方法 147

6.2.1 系统概化 147

6.2.2 植物蒸腾量与土壤蒸发量计算 148

6.2.3 SPAC系统参数 150

6.3 土壤-植物-大气连续体系统应用研究 155

6.3.1 麦秸覆盖条件下的SPAC系统 155

6.3.2 塑膜覆盖条件下的SPAC系统模型 157

6.4 植物根系吸水模拟 162

6.4.1 根系吸水模型 162

6.4.2 作物根系发育过程及其在生长季节内变化过程 165

6.4.3 根系吸水函数 165

6.4.4 数值计算中的根系吸水项处理 168

6.4.5 二维根系生长模型 170

6.5 植物生长及物质吸收模拟 172

6.5.1 冬小麦生长过程的动态 172

6.5.2 吸氮子模型 175

6.5.3 吸氮量在作物体内的分配模拟 175

6.5.4 植物生长模拟 176

6.6 水分生产率与灌溉指标关系 177

6.6.1 水分生产率 178

6.6.2 灌溉水利用效率 180

6.6.3 农田总供水效率 181

参考文献 181

第7章 土壤溶质迁移及生长动力学模拟 184

7.1 水动力弥散 184

7.1.1 水动力弥散机理 185

7.1.2 水动力弥散系数 187

7.2 水动力弥散方程 187

7.2.1 对流弥散方程推导 187

7.2.2 定解条件 189

7.2.3 溶质迁移方程参数 191

7.3 植物吸氮模型 191

7.3.1 对流扩散吸收模型 191

7.3.2 函数型吸收模型 192

7.4 土壤水分、氮素与植物生长动态模拟 198

7.4.1 胁迫条件下作物生长动力学原理 198

7.4.2 土壤水与植物生长关系动力学模拟 200

7.4.3 水分、氮素胁迫条件下作物生长动力学模拟 203

7.4.4 多因子影响植物产量模拟 205

7.5 不同土壤水分状况下的氮素环境影响效应 208

7.5.1 土壤氮素氮平衡计算 208

7.5.2 节水条件下土壤氮素损失及利用效率分析 211

7.5.3 土壤氮素损失与环境评价模型 214

参考文献 217

第8章 土壤水运动和溶质迁移方程数值解 220

8.1 有限差分的基本概念 220

8.1.1 导数的有限差分近似 220

8.1.2 差分网格划分 221

8.2 有限差分法格式 223

8.2.1 显式差分格式 223

8.2.2 隐式差分格式 224

8.2.3 中心差分格式 225

8.3 有限元法求解土壤水运动及溶质迁移方程 227

8.3.1 Ritz有限元法求解土壤水运动方程 227

8.3.2 Galerkin有限元法求解土壤水运动和溶质迁移方程 229

8.4 饱和-非饱和条件下土壤水分运动数值模拟 241

8.4.1 渗灌条件下土壤水分运动的数学模拟 241

8.4.2 降雨入渗补给条件下土壤水分运动的数学模拟 246

参考文献 250

附录1 入渗问题的数值模型 251

附录2 误差函数 260

附录3 Einstein求和约定 262