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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