環境土壤物理HYDRUS模型原理與應用 胡恩柱 9787030721198 【台灣高等教育出版社】

精彩書評
本書可供土壤、地下水、環境、生態、水文和水資源、農田灌溉、水
利科學等相關專業的教學、科研和管理人員學習參考。

目錄

目錄

前言
第一篇 HYDRUS和土壤物理基礎理論
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、工作區和狀態欄 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 19
2 1 土壤質地 19
2 2 土壤基質的三相比及其綜合性質 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 土壤水分特徵*線 25
3 2 1 土壤水分特徵*線的定義 25
3 2 2 土壤水分特徵*線模型 25
3 2 3 土壤水分特徵*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 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 滯後現象 36
3 8 根系吸水 37
3 8 1 根系分佈密度函數 37
3 8 2 潛在蒸騰量與蒸發量 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係 51
4 土壤溶質運移 53
4 1 土壤溶質及其遷移轉化形式 53
4 1 1 土壤溶質存在形態 53
4 1 2 土壤溶質運移基本方程 53
4 1 3 溶質在土壤中的反應 57
4 1 4 根系吸收溶質 58
4 2 對流彌散方程 61
4 3 吸附性溶質的遷移 61
4 3 1 平衡吸附 61
4 3 2 非揮發性、非反應性、線性吸附溶質的遷移 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-不可動區模型 71
4 3 9 雙滲透率-雙點位吸附模型 72
4 4 土壤溶質運移的初始條件 73
4 4 1 溶解態濃度 73
4 4 2 吸附態濃度 74
4 5 土壤溶質運移的邊界條件 74
4 5 1 常規邊界條件 74
4 5 2 揮發性溶質邊界條件 75
4 6 溫度和土壤含水量對模型參數的影響 76
4 6 1 溫度對模型參數的影響 76
4 6 2 土壤含水量對模型參數的影響 76
5 土壤熱量傳輸 77
5 1 土壤熱性質 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 土壤熱量傳輸的初始條件 80
5 5 土壤熱量傳輸的邊界條件 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 模型結果 98
6 2 單層土壤穩態流 104
6 2 1 問題描述 104
6 2 2 模型構建 104
6 2 3 土壤剖面圖形編輯 104
6 2 4 模型結果 105
6 3 多層土壤瞬態流根系吸水問題 105
6 3 1 問題描述 105
6 3 2 模型構建 106
6 3 3 土壤剖面圖形編輯 111
6 3 4 模型結果 113
6 4 參數反演—單步出流實驗 115
6 4 1 問題描述 115
6 4 2 模型構建 116
6 4 3 反演數據類型 118
6 4 4 土壤剖面圖形編輯 121
6 4 5 模型結果 122
6 5 參數反演—番茄農田根系吸水實驗 123
6 5 1 問題描述 123
6 5 2 模型構建 125
6 5 3 無滯後現象和根系生長的模型結果 126
6 5 4 考慮持水*線滯後現象的模型結果 127
6 5 5 考慮根系生長的模型結果 128
7 溶質運移模型 131
7 1 單層土壤定水頭-溶質運移 131
7 1 1 問題描述 131
7 1 2 模型構建 131
7 1 3 模型結果 135
7 1 4 彌散度減小後的模型結果 137
7 1 5 吸附增大後的模型結果 138
7 1 6 考慮溶質反應的模型結果 138
7 2 單層土壤定通量-溶質運移 140
7 2 1 問題描述 140
7 2 2 模型構建 140
7 2 3 模型結果 140
7 2 4 模型結果（鏈反應） 140
7 3 多層土壤瞬態流-溶質運移和根系吸收 143
7 3 1 問題描述 143
7 3 2 模型構建 143
7 3 3 模型結果 144
7 4 參數反演—示蹤劑穿透*線 145
7 4 1 問題描述 145
7 4 2 模型構建 145
7 4 3 模型結果 147
7 5 參數反演—有機污染物穿透*線 148
7 5 1 問題描述 148
7 5 2 模型構建 148
7 5 3 模型結果（雙點位化學非平衡） 149
7 5 4 模型結果（單點位化學非平衡） 150
7 6 參數反演—膠體遷移穿透*線 151
7 6 1 問題描述 151
7 6 2 模型構建 151
7 6 3 模型結果（TKSM3） 153
7 6 4 模型結果（OKSM3） 154
7 6 5 模型結果（OKSM2） 155
8 水汽熱鹽耦合模型 156
8 1 問題描述 156
8 2 模型構建 156
8 3 模型結果 158
第三篇 HYDRUS-(2D/3D)模型
9 基於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 161
9 2 1 膠體運移方程 161
9 2 2 污染物運移方程 163
9 3 模型構建 164
9 4 土壤剖面圖形設計 172
9 4 1 幾何域 172
9 4 2 有限元網格 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 模型結果 183
10 污染源洩漏 186
10 1 問題描述 186
10 2 模型構建 186
10 3 土壤剖面圖形設計 188
10 3 1 幾何域 188
10 3 2 有限元網格 189
10 3 3 初始條件 190
10 3 4 邊界條件 191
10 4 偷排結果 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 模型構建 196
11 3 土壤剖面圖形設計 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 模型結果 202
12 污染源洩漏3D簡單模型 204
12 1 問題描述 204
12 2 模型構建 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 模型構建 213
13 3 土壤剖面圖形設計 214
13 3 1 幾何域 214
13 3 2 有限元網格 215
13 3 3 初始條件 216
13 3 4 邊界條件 216
13 4 模型結果 218
參考文獻 219
附錄 HYDRUS-1D反演求解目標函數 221
收起全部

精彩書摘
第一篇 HYDRUS和土壤物理基礎理論
1 HYDRUS概述
1 1 HYDRUS簡介
HYDRUS是由加州大學河濱分校環境科學系的Jirka ？im？nek教授、PC-PROGRESS公司的Miroslav Sejna博士，以及著名的土壤物理學家Martinus Th （Rien）van Genuchten教授共同開發的一套土壤物理模型軟件。其界面友好，操作簡單，是模擬飽和/非飽和基質水流、溶質運移和熱量傳輸的有力工具之一，深受廣大科研工作者的青睞。
HYDRUS模型的理論核心是土壤物理三大方程：模擬水流運動的Richards方程、模擬溶質運移的對流彌散方程、模擬熱量傳輸的對流傳導方程。水流問題是HYDRUS模型的核心，溶質運移和熱量傳輸均依賴於水流。HYDRUS對水流問題的模擬，除了考慮土壤水在水勢梯度驅動下的運動外，還考慮了根系吸水問題。對溶質運移過程的模擬，HYDRUS除了考慮溶質隨土壤水流的對流運動外，還考慮了擴散和彌散作用、固液兩相之間的平衡/非平衡吸附，以及溶質在土壤中的反應消耗。針對熱量傳輸過程，HYDRUS除了考慮熱量隨著水流的對流過程外，還考慮了溫度梯度引起的熱量傳導。有關這三個方程的含義，將會在後續章 節 中詳細介紹。此外，HYDRUS還與地球化學模型PHREEQC相結合，組建成了一組相對*立的仿真模塊（HP1和HP2）。該模塊融合了HYDRUS強大的土壤物理計算功能與PHREEQC在生物地球化學反應仿真方面的優勢，可以針對許多生化反應過程參與的溶質運移和熱量傳輸過程進行更好的模擬。
HYDRUS模型目前在很多領域都有著廣泛的應用。例如，它可以模擬農業領域中的降水、灌溉、徑流、表土蒸發、植物蒸騰、根系吸水、毛細水上升、深層排水等問題，還可以模擬工業領域中的工業污染、市政污染、垃圾填埋、工業廢料儲存、放射性廢物處置、場地修復、污染羽流等。在生態環境領域，HYDRUS還可以模擬化肥、殺蟲劑、薰蒸劑、病原菌、新型污染物等的遷移過程，以及模擬生態系統物質和能量平衡，計算碳儲存與碳通量，模擬計算養分運輸、土壤呼吸和溫室氣體釋放（需結合HP1）、土壤微生物過程、河流-含水層相互作用及全球變化生態學等問題。
HYDRUS模型分為1D和(2D/3D)兩個版本。顧名思義，1D模型只能模擬一維問題，而(2D/3D)則可以針對平面和三維