目錄
前言
第一篇 HYDRUS和土壤物理基礎(chǔ)理論
1 HYDRUS概述 3
1.1 HYDRUS簡介 3
1.2 HYDRUS-1D模型界面介紹 4
1.3 HYDRUS-(2D/3D)模型界面介紹 5
1.3.1 HYDRUS-(2D/3D)菜單欄 5
1.3.2 HYDRUS-(2D/3D)工具欄、工作區(qū)和狀態(tài)欄 13
1.3.3 HYDRUS-(2D/3D)導航欄 14
1.3.4 HYDRUS-(2D/3D)編輯欄 16
2 土壤物理性質(zhì) 19
2.1 土壤質(zhì)地 19
2.2 土壤基質(zhì)的三相比及其綜合性質(zhì) 19
2.3 土壤水分表示方法 21
3 土壤水分運動 23
3.1 土壤水勢 23
3.2 土壤水分特征曲線 25
3.2.1 土壤水分特征曲線的定義 25
3.2.2 土壤水分特征曲線模型 25
3.2.3 土壤水分特征曲線的用途 27
3.3 飽和土壤中的水流 28
3.3.1 土壤水分運動狀態(tài) 28
3.3.2 達西定律 28
3.4 非飽和土壤中的水流 30
3.4.1 白金漢-達西定律 30
3.4.2 非飽和導水率 31
3.4.3 非飽和導水率模型 31
3.5 土壤水分運動基本方程 33
3.5.1 連續(xù)方程 33
3.5.2 Richards方程 34
3.5.3 Richards方程的擴展 35
3.6 土壤水力學特性的縮放 35
3.7 滯后現(xiàn)象 36
3.8 根系吸水 37
3.8.1 根系分布密度函數(shù) 37
3.8.2 潛在蒸騰量與蒸發(fā)量 38
3.8.3 水分脅迫和鹽分脅迫 40
3.8.4 根系吸水的補償機制 42
3.8.5 根系生長 42
3.9 土壤水流運動的初始條件 43
3.10 土壤水流運動的邊界條件 43
3.10.1 水頭邊界條件 43
3.10.2 通量邊界條件 44
3.10.3 梯度邊界條件 44
3.10.4 大氣邊界 44
3.10.5 深層排水 46
3.10.6 滲透面 47
3.10.7 水平排水溝 47
3.10.8 積雪邊界 47
3.11 雙孔隙度模型 48
3.12 雙滲透率模型 49
3.13 水蒸氣流 50
3.14 土壤水力學特性與溫度的關(guān)系 51
4 土壤溶質(zhì)運移 53
4.1 土壤溶質(zhì)及其遷移轉(zhuǎn)化形式 53
4.1.1 土壤溶質(zhì)存在形態(tài) 53
4.1.2 土壤溶質(zhì)運移基本方程 53
4.1.3 溶質(zhì)在土壤中的反應 57
4.1.4 根系吸收溶質(zhì) 58
4.2 對流彌散方程 61
4.3 吸附性溶質(zhì)的遷移 61
4.3.1 平衡吸附 61
4.3.2 非揮發(fā)性、非反應性、線性吸附溶質(zhì)的遷移 62
4.3.3 雙點位化學非平衡吸附模型 63
4.3.4 膠體運移 65
4.3.5 雙孔隙度模型 69
4.3.6 雙孔隙度-單動力學點位模型 69
4.3.7 雙滲透率模型 70
4.3.8 雙滲透率-可動區(qū)-不可動區(qū)模型 71
4.3.9 雙滲透率-雙點位吸附模型 72
4.4 土壤溶質(zhì)運移的初始條件 73
4.4.1 溶解態(tài)濃度 73
4.4.2 吸附態(tài)濃度 74
4.5 土壤溶質(zhì)運移的邊界條件 74
4.5.1 常規(guī)邊界條件 74
4.5.2 揮發(fā)性溶質(zhì)邊界條件 75
4.6 溫度和土壤含水量對模型參數(shù)的影響 76
4.6.1 溫度對模型參數(shù)的影響 76
4.6.2 土壤含水量對模型參數(shù)的影響 76
5 土壤熱量傳輸 77
5.1 土壤熱性質(zhì) 77
5.1.1 土壤熱容量 77
5.1.2 土壤導熱率 77
5.2 土壤熱通量 78
5.3 土壤熱量傳輸基本方程 79
5.4 土壤熱量傳輸?shù)某跏紬l件 80
5.5 土壤熱量傳輸?shù)倪吔鐥l件 80
5.6 土壤溫度的日變化 81
第二篇 HYDRUS-1D模型
6 水流模型 85
6.1 單層土壤積水入滲 85
6.1.1 問題描述 85
6.1.2 模型構(gòu)建 85
6.1.3 土壤剖面圖形編輯 94
6.1.4 模型運算 97
6.1.5 模型結(jié)果 98
6.2 單層土壤穩(wěn)態(tài)流 104
6.2.1 問題描述 104
6.2.2 模型構(gòu)建 104
6.2.3 土壤剖面圖形編輯 104
6.2.4 模型結(jié)果 105
6.3 多層土壤瞬態(tài)流根系吸水問題 105
6.3.1 問題描述 105
6.3.2 模型構(gòu)建 106
6.3.3 土壤剖面圖形編輯 111
6.3.4 模型結(jié)果 113
6.4 參數(shù)反演—單步出流實驗 115
6.4.1 問題描述 115
6.4.2 模型構(gòu)建 116
6.4.3 反演數(shù)據(jù)類型 118
6.4.4 土壤剖面圖形編輯 121
6.4.5 模型結(jié)果 122
6.5 參數(shù)反演—番茄農(nóng)田根系吸水實驗 123
6.5.1 問題描述 123
6.5.2 模型構(gòu)建 125
6.5.3 無滯后現(xiàn)象和根系生長的模型結(jié)果 126
6.5.4 考慮持水曲線滯后現(xiàn)象的模型結(jié)果 127
6.5.5 考慮根系生長的模型結(jié)果 128
7 溶質(zhì)運移模型 131
7.1 單層土壤定水頭-溶質(zhì)運移 131
7.1.1 問題描述 131
7.1.2 模型構(gòu)建 131
7.1.3 模型結(jié)果 135
7.1.4 彌散度減小后的模型結(jié)果 137
7.1.5 吸附增大后的模型結(jié)果 138
7.1.6 考慮溶質(zhì)反應的模型結(jié)果 138
7.2 單層土壤定通量-溶質(zhì)運移 140
7.2.1 問題描述 140
7.2.2 模型構(gòu)建 140
7.2.3 模型結(jié)果 140
7.2.4 模型結(jié)果（鏈反應） 140
7.3 多層土壤瞬態(tài)流-溶質(zhì)運移和根系吸收 143
7.3.1 問題描述 143
7.3.2 模型構(gòu)建 143
7.3.3 模型結(jié)果 144
7.4 參數(shù)反演—示蹤劑穿透曲線 145
7.4.1 問題描述 145
7.4.2 模型構(gòu)建 145
7.4.3 模型結(jié)果 147
7.5 參數(shù)反演—有機污染物穿透曲線 148
7.5.1 問題描述 148
7.5.2 模型構(gòu)建 148
7.5.3 模型結(jié)果（雙點位化學非平衡） 149
7.5.4 模型結(jié)果（單點位化學非平衡） 150
7.6 參數(shù)反演—膠體遷移穿透曲線 151
7.6.1 問題描述 151
7.6.2 模型構(gòu)建 151
7.6.3 模型結(jié)果（TKSM3） 153
7.6.4 模型結(jié)果（OKSM3） 154
7.6.5 模型結(jié)果（OKSM2） 155
8 水汽熱鹽耦合模型 156
8.1 問題描述 156
8.2 模型構(gòu)建 156
8.3 模型結(jié)果 158
第三篇 HYDRUS-(2D/3D)模型
9 基于C-Ride模塊的膠體攜帶污染物遷移 161
9.1 問題描述 161
9.2 理論基礎(chǔ) 161
9.2.1 膠體運移方程 161
9.2.2 污染物運移方程 163
9.3 模型構(gòu)建 164
9.4 土壤剖面圖形設(shè)計 172
9.4.1 幾何域 172
9.4.2 有限元網(wǎng)格 175
9.4.3 域特性 176
9.4.4 初始條件 178
9.4.5 邊界條件 181
9.5 模型結(jié)果 183
10 污染源泄漏 186
10.1 問題描述 186
10.2 模型構(gòu)建 186
10.3 土壤剖面圖形設(shè)計 188
10.3.1 幾何域 188
10.3.2 有限元網(wǎng)格 189
10.3.3 初始條件 190
10.3.4 邊界條件 191
10.4 偷排結(jié)果 191
10.5 跑冒滴漏問題 193
11 溝灌和根系吸水 196
11.1 問題描述 196
11.2 模型構(gòu)建 196
11.3 土壤剖面圖形設(shè)計 198
11.3.1 幾何域 198
11.3.2 域特性 199
11.3.3 初始條件 201
11.3.4 邊界條件 202
11.4 模型結(jié)果 202
12 污染源泄漏3D簡單模型 204
12.1 問題描述 204
12.2 模型構(gòu)建 204
12.2.1 域特性 207
12.2.2 初始條件 208
12.2.3 邊界條件 210
12.3 模型結(jié)果 211
13 土壤污染物淋洗3D層狀模型 213
13.1 問題描述 213
13.2 模型構(gòu)建 213
13.3 土壤剖面圖形設(shè)計 214
13.3.1 幾何域 214
13.3.2 有限元網(wǎng)格 215
13.3.3 初始條件 216
13.3.4 邊界條件 216
13.4 模型結(jié)果 218
參考文獻 219
附錄 HYDRUS-1D反演求解目標函數(shù) 221