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第一章 绪论 1

1.1 土壤水热运动与溶质迁移的数值模型及其应用 1

1.2 研究进展 2

1.2.1 关于土壤水热运动的数值模型 2

1.2.2 关于土壤耕作的数值模型 3

1.3 方法论：模型—模拟—优化设计与决策分析 5

1.4 研究目标 5

1.4.1 问题的提出 7

1.4.2 应用基础研究 7

1.4.3 应用 8

2.1 土壤水热运动基本方程 9

第二章 土壤水热运动方程 9

2.2 土壤水热耦合运动方程 10

2.3 土壤水热耦合运动方程的扩展 12

2.4 小结 13

第三章 蒸发过程与土壤水热运动的数值模型 15

3.1 概述 15

3.1.1 土壤蒸发过程 15

3.1.2 关于土壤蒸发过程的研究 15

3.2 一维土壤蒸发过程的数值模型 17

3.2.1 根据地表红外温度计算土壤蒸发率 18

3.2.2 根据地表能量平衡方程式计算地表温度与蒸发率 20

3.2.3 土壤中的水分与温度分布 22

3.2.4 一维土壤蒸发过程的模拟程序 23

3.2.5 田间试验结果与讨论 24

3.3 非均质土壤的蒸发模型 31

3.3.1 非均质土壤的蒸发过程 31

3.3.2 有限元法与单元划分 32

3 3.3 计算表层每一单元的土壤温度与蒸发率 33

3.3.4 计算程序 34

3.4 沟垄上的蒸发 35

3.4.1 沟垄剖面的边界方程 35

3.4.2 沟垄上的空气动力学阻力 35

3 4.3 沟垄上蒸发率的计算 37

3 4.4 沟垄上地表温度的计算 38

3.5 土壤表面蒸发阻力及测定 40

3.5.1 土壤表面蒸发阻力的一层、二层与经验模型 42

3 5.2 土壤表面蒸发阻力的田间测定与计算方法 44

3.5.3 田间试验 45

3 5.4 结果与讨论 46

3 6 土壤中水分与温度分布的有限元分析 48

3.6.1 数学模型 49

3.6.2 土壤水热耦合运动方程的有限元解 50

3.6.3 计算机程序 52

3.7 田间试验与讨论 53

3.7.1 田间试验 53

3.7.2 模拟计算结果与实测值的比较 57

3.8 小结 64

3.7.3 讨论 64

第四章 降雨入渗 66

4.1 降雨入渗的经验模型 66

4.1.1 经验模型 66

4.1.2 计算程序 66

4.2 Green-Ampt模型 68

4.2.1 基本的Green-Ampt模型 68

4.2.2 Green-Ampt模型的发展与应用 69

4.3 入渗条件下土壤水热运动方程的数值解 71

4.3.1 效值模型 71

4.4 小结 72

4.3.2 计算举例 72

第五章 覆盖下的土壤蒸发与入渗 73

5.1 概述 73

5.1.1 农业生产上利用覆盖的情况 73

5.1.2 研究进展 75

5.1.3 问题与研究目标 77

5.2 覆盖材料的分类及有关的物理特性 78

5.2.1 覆盖材料的分类 79

5.2.2 覆盖层的光学参数与水热参数 80

5.3 覆盖下的土壤蒸发率与土壤水热运动的数值模型 86

5.3.1 覆盖下的土壤蒸发率与表面温度 87

5.3.2 覆盖下土壤水分与温度分布的数值模型 92

5.3.3 田间实验 99

5.3.4 计算结果与讨论 102

5.4 覆盖下的降雨入渗与土壤水分运动的数值模型 104

5.4.1 入渗条件下土壤水分运动的数值模型 104

5.4.2 有限元解与计算程序 110

5.4.3 覆盖对降雨入渗的影响 113

5.5 小结 114

第六章 土壤溶质迁移 116

6.1 土壤溶质迁移的数学模型 116

6.1.1 对流—弥散传输模型 116

6.1.2 传输—化学平衡模型 119

6.1.3 函数模型 120

6.1.4 关于模型的讨论 122

6.2.1 经验公式概述 123

6.2 土壤溶质迁移中的离子吸持 123

6.2.2 土壤离子吸持机理模型 126

6.2.3 土壤磷离子吸持动力学的实验 128

6.3 土壤溶质迁移的数值模型 132

6.3.1 土壤溶质迁移的数学模型 132

6.3.2 有限元解与计算程序 135

6.4 土壤磷离子迁移的数值模拟 138

6.4.1 模型输入参数 139

6.4.2 溶质迁移模型中吸持项的处理 141

6.4.3 磷离子水平土柱入渗实验 142

6.4.4 模拟结果与分析 142

6.5 小结 146

7.1.2 土壤孔隙度 148

7.1.1 土壤颗粒分级 148

第七章 土壤水热及溶质运移参数 148

7.1 基础参数 148

7.2 土壤水分运动参数的测定与计算 149

7.2.1 土壤水分运动参数的测定 149

7.2.2 土壤水分运动参数模型 151

7.2.3 与温度梯度有关的水汽扩散率 152

7.2.4 水汽在水势梯度下的当量导水率 153

7.3 土壤热参数 154

7.3.1 热容量 154

7.3.2 导热率 154

7.3.3 比辐射率与地表温度的测定 156

7.4.1 水平土柱入渗下综合扩散系数的计算公式 157

7.4 土壤溶质迁移综合扩散系数的测定 157

7.4.2 实验方法及实验结果 160

7.5 小结 162

第八章 耕作的数值模型 164

8.1 耕作对土壤水分温度影响的数值模型 164

8.1.1 耕作模式 164

8.1.2 数学模型 165

8.1.3 边界条件的计算与土壤参数 166

8.1.4 有限元解与计算机程序 166

8.1.5 模型的验证与校定 167

8.2 耕作对土壤水分温度分布影响的数值模拟 169

8.2.1 镇压 169

8.2.2 少耕 170

8.2.3 沟种垄作 171

8.2.4 讨论 175

8.3 小结 176

第九章 旱地耕作研究 177

9.1 耕作模型的应用 177

9.2 西北地区的沟种设计 177

9.2.1 输入资料 177

9.2.2 模拟计算与沟种工艺指标 179

9.3 春播期覆盖材料与参数的选择 179

9.3.1 输入的数据 179

9.3.2 几种覆盖工况的计算 183

9.3.3 计算结果与讨论 185

9.4 秋耕蓄水措施分析 188

9.4.1 深松 190

9.4.2 秸秆覆盖 190

9.4.3 覆盖少耕 191

9.4.4 沟种与覆盖 192

9.4.5 蓄水效果评价 192

9.5 小结 192

第十章 西澳大利亚斥水土壤改良的耕种措施 194

10.1 土壤斥水性引起的土地退化、调查方法与改良措施 194

10.1.1 土壤斥水性 194

10.1.2 土壤斥水性所引起的土地退化 195

10.1.3 斥水性测定方法 196

10.1.4 改良措施 197

10.2 斥水土壤中的水热运动规律与数值模型 198

10.2.1 斥水土壤中的水分分布规律与概念模型 199

10.2.2 数值模型 199

10.2.3 田间试验与模型验证 202

10.2.4 讨论 204

10.3 斥水土壤中水热运动模型的应用与耕作设计 208

10.3.1 模型的输入数据 208

10.3.2 模拟计算 208

10.3.3 结果与讨论 211

10.3.4 耕作设计 214

10.4 小结 214

11.1 土壤水平衡 216

第十一章 土壤水平衡与年变化规律 216

11.2 根据实测的土壤水分分布估计水平衡 217

11.2.1 原理与方法 217

11.2.2 计算举例 218

11.2.3 讨论 219

11.3 根据模拟计算的土壤水分分布估计水平衡 220

11.3.1 数值模型 220

11.3.2 模型的校定（Calibration） 220

11.3.3 数值模拟 221

11.4 土壤水分的季节变化与年变化 224

11.4.1 数值模型与输入数据 224

11.4.2 美国不同地区土壤水分的季节变化与年变化 225

11.5 小结 225

结论 234

A1 符号表 238

附录 238

A2 标准气象资料的应用方法 244

A2.1 风速与气温 244

A2.2 相对湿度 244

A2.3 辐射资料计算之一：已知总辐射日总量计算日变化 245

A2.4 辐射资料计算之二：分解总辐射日总量为直接辐射与散射辐射 245

A3 求解土壤水运动方程的差分法——单元水量平衡法 248

A3.1 土壤水运动方程与定解条件 248

A3.2 单元划分与单元水量平衡分析 248

A3.3 通量边界条件的处理 251

A3.4 差分方程的计算程序 251

A4.1 土壤水热耦合运动方程与定解条件 252

A4 土壤水热耦合运动方程的有限元解 252

A4.2 空间域的离散 253

A4.3 时间域的离散 256

A4.4 采用三角形单元时的计算公式 257

A4.5 总体合成与方程解法 261

A5 土壤溶质迁移方程的有限元解 262

A5.1 土壤溶质迁移方程与定解条件 262

A5.2 空间域的离散 263

A5.3 时间域的离散 265

A5.4 采用三角形单元时的计算公式 267

A5.5 总体合成 270

参考文献 271