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1.
利用两区和两流区模型模拟氯离子在黑垆土中的迁移过程 总被引：1，自引：0，他引：1
以原状长武黑垆土为研究对象,针对不同输入方式、不同孔隙水流速条件下的氯离子溶质迁移过程,分析原状土壤中大孔隙存在条件下溶质迁移的特征,对两区模型和两流区模型的各拟合参数进行对比和分析。结果表明:大小脉冲输入条件下,氯离子浓度在试验土柱中均随穿透试验的进行呈现先增加而后降低的趋势,其峰值大小及其出现位置随孔隙水流速变化差异显著,且小脉冲输入时溶质穿透曲线较大脉冲时的不对称和拖尾现象更为显著;两流区模型相对于两区模型可较好描述氯离子的穿透曲线;两模型所得模拟参数随孔隙水流速的变化差异性较大。两模型拟合所得弥散度(λ)随孔隙水流速的变化趋势相同,但两流区模型拟合的弥散度大两区模型拟合值2个数量级。两模型拟合所得可动水含量(β)均随孔隙水流速的增加相应增加,而质量交换系数(α)值均极小。 相似文献
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饱和非均质土壤中溶质大尺度运移的两区模型模拟 总被引：4，自引：0，他引：4
目前,用于模拟土壤中溶质运移过程的两区模型(TRM)的研究均集中在实验室的短土柱上,涉及的尺度较小。本研究分别应用两区模型(TRM)、对流-弥散方程(CDE)和分数微分对流-弥散方程(FADE)对1 250 cm长一维非均质土柱中NaCl的运移过程进行模拟,并分析了TRM模型参数的变化特征。结果表明:实验土柱中存在一定的不动水体,与CDE和FADE相比,TRM能更好地描述土柱中不同位置处溶质穿透曲线的提前穿透和拖尾特征,表明TRM对较大尺度条件下非均质土壤中溶质运移的模拟具有更高的精度;应用TRM研究长土柱中溶质的运移问题依然存在弥散系数的尺度效应问题,但TRM的弥散尺度效应小于CDE;TRM中的可动水体含量可以由土壤的有效孔隙率与总孔隙率的比值来确定;而质量交换系数则与对流时间(x/vm)之间存在幂函数的相关关系。 相似文献
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纳米碳对黄绵土水分运动及溶质迁移特征的影响 总被引：4，自引：1，他引：4
以黄绵土为研究对象,均匀添加不同含量纳米碳(质量含量分别为0,0.001,0.005,0.01,0.05g/g),采用室内土柱试验分别测定土壤累积入渗量曲线、溶质穿透曲线及水分特征曲线,初步研究了纳米碳含量对黄绵土水分运动及溶质迁移过程的影响。结果表明:(1)纳米碳的存在对土壤水分入渗过程产生阻碍作用,入渗率随着纳米碳含量增加而减小,Philip方程能较好地描述添加纳米碳的黄绵土入渗过程;(2)纳米碳可以提高土壤的持水能力,随着纳米碳含量增加,土壤饱和含水量增加,相同土壤水吸力下的土壤含水量增大,van Genuchten模型可较好拟合含有纳米碳的黄绵土水分特征曲线,进气吸力随纳米碳含量增加而减小,形状参数(n)随之减小;(3)纳米碳可以有效提高土壤吸持溶质能力,随纳米碳含量增加,初始穿透时间提前,完全穿透时间延长,弥散度增大;土柱被置换液完全穿透后,土样中Cl-平均含量随纳米碳含量增加而变大。 相似文献
4.
获取土壤溶质迁移参数是利用数学模型预测土壤溶质迁移过程的前提。本文根据对流弥散方程（Convective-dispersive equation，CDE）的一级近似解，建立了土壤溶质迁移过程中溶质锋随时间变化的函数关系，并以时域反射仪（Time domain reflectometry，TDR）为手段、Cl-为对象，通过与土壤溶质穿透曲线（Breakthrough curve，BTC）拟合法相比较，研究了利用该函数关系确定溶质迁移参数的可行性。研究结果表明，两种方法估计的R比较接近，而溶质锋信息法估计的水动力弥散系数D小于穿透曲线拟合法。TDR探测的溶质锋滞后于理论溶质锋，是导致利用溶质锋信息估计水动力弥散系数D偏小的原因之一。将溶质锋信息法估计的迁移参数代入CDE计算的土壤溶质穿透曲线与实测土壤溶质穿透曲线比较发现，风沙土中计算的穿透曲线整体滞后于实测穿透曲线，但两者的穿透过程基本一致，蝼土中计算的初始、完全穿透时间与试验穿透曲线一致，但穿透过程有所差异，说明溶质锋信息法估计的迁移参数具有一定的可应用性，在估计水动力弥散系数的精度方面有待提高。 相似文献
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污染物在土体运移是影响土体和地下水污染的一个重要的因素。为了研究不同因素对亚硒酸根离子在土体中运移的影响,在室内不同实验条件下,采用垂直土柱易混置换法对亚硒酸根离子在黄绵土土柱中的运移进行了研究,获得了不同容重及不同土柱高度条件下亚硒酸根离子的穿透曲线,通过STANMOD软件,应用确定性平衡CDE数学模型和确定性非平衡两区模型对穿透曲线进行拟合,研究结果表明:容重增大,阻滞因子R值减小,弥散系数D值则是先增大后减小;随着土柱高度的增加,弥散系数D值减小,而阻滞因子R变化不大。非平衡两区模型对于亚硒酸根离子运移参数的拟合优于平衡模型。穿透曲线能较好地反映出离子在土壤中运移的参数值,曲线越靠近y轴、初始穿透时间越小则弥散系数D越大;曲线越平缓则R值越大。 相似文献
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在室内条件下采用垂直土柱易混置换法,研究土壤团聚体大小对非反应性溶质(Cl-)迁移的影响,并以相同直径的细砂柱作为对照,揭示土壤团聚状况对溶质迁移的影响规律。结果表明:在相同实验条件下,随着土壤团聚体直径的减小,孔隙水流速、溶液流速均减慢,在介质颗粒粒径为0.25～0.5mm时发现优势流的存在;通过分析比较土柱与砂柱的穿透曲线、运移参数,发现穿透曲线与土壤孔隙分布状况密切相关;随着土壤团聚体直径的减小,Cl-在土柱中的溶质出流推后,淋洗结束提前,水动力弥散系数(Dsh)逐渐减小,说明介质的孔隙构造是影响溶质运移的一个重要因素。 相似文献
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通过室内土柱实验,采用溶质运移的对流-弥散方程,模拟了饱和条件下重金属镉在不同质地土壤中的运移.结果表明,化学非平衡单点模型(One-site model,OSM)能较好地模拟镉在粉壤土、壤砂土中的运移(R2分别为0.810和0.901),而对镉在砂壤土中运移的模拟效果较差(R2=0.542).OSM模型准确地模拟了土柱中镉运移的穿透时间,但是对穿透曲线拖尾部分的拟合效果欠佳.土壤对镉运移的阻滞作用与土壤理化性质有关,但是其机理还需要进一步研究.由于上层砂壤土对镉的强烈吸附,使镉的穿透时间较晚(10 pv),且不同土层界面处镉的浓度和吸附量变化明显. 相似文献
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纳米TiO_2对土壤水分运动及离子迁移过程影响的试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
《水土保持研究》2015,(5)
为了研究纳米TiO2对土壤水分养分运动及重金属吸附过程的影响,基于室内一维垂直定水头土柱试验,采用扰动黄绵土均匀添加不同含量纳米TiO2作为研究对象(质量含量分别为0,0.001,0.005,0.01,0.05g/g),分别测定土壤累积入渗量曲线、水分特征曲线、溶质穿透曲线及重金属等温吸附曲线。结果表明:(1)纳米TiO2对土壤水分入渗过程产生阻碍作用,入渗率随着纳米TiO2含量增加而减小;(2)纳米TiO2可以提高土壤的持水能力,随着纳米TiO2含量增加,相同土壤水吸力下的土壤含水量增大,进气吸力(α)随纳米TiO2含量增加而增大,形状参数(n)随之减小;(3)纳米TiO2可以有效提高土壤吸持惰性离子能力,随纳米TiO2含量增加,初始穿透时间提前,完全穿透时间延长,弥散度增大。(4)相同平衡浓度,随着纳米TiO2含量的增加,Cu2+吸附量加大。采用Langmuir方程拟合Cu2+等温吸附曲线,最大吸附量(Sm)随着纳米TiO2含量增加而增大。研究可为改善黄绵土保水保肥性及重金属污染的治理提供理论依据。 相似文献
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基于土壤中溶质运移的对流 弥散方程 (CDE)提出了溶质运移参数估计的图解方法。根据土柱溶质运移“穿透曲线”(BTC)数据计算通量浓度随时间变化 (dc/dt)。应用绘图软件 ,例如MicrosoftExcel,绘制出t1 5dc/dt和dc/dt相对于时间的变化曲线。这两条曲线都是单峰曲线 ,并被用于估计CDE中延迟因子(R)和弥散系数 (D0 )。设计算例和穿透实验数据被用于校正图解法估计参数的精度和稳定性。参数估计的稳定性由估计参数对它们平均值的标准差评价 ;参数的估计精度与CXTFIT法和等斜率法比较。结果表明图解法具有较高的精度和较好的稳定性 ,特别是对于运移参数R的估值。图解法是一个确定性方法 ,它具备确定性方法中估计参数唯一性特点 ,克服了统计方法中需要给定参数初值的缺点。因此 ,这个方法是土壤溶质运移参数估计的可选方法之一。 相似文献
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G. Singh M. Th. Van Genuchten W. F. Spencer M. M. Cliath S. R. Yates 《Water, air, and soil pollution》1996,86(1-4):137-149
Effluent concentration of chloride and two pesticides (prometon and atrazine) were measured during column displacement experiments at two water flow rates. A constant suction of approximately 1300 Pa was maintained in the packed soil columns which were positioned vertically on top of a vacuum chamber enclosing an automatic fraction collector. Measured breakthrough curves (BTC's) were analyzed in terms of two solute transport models: the standard two-parameter convection-dispersion equation (CDE), and a four-parameter two-site/two-region nonequilibrium model (TRM). Calculations obtained with the TRM model were found to be in better agreement with measured BTC's than predictions using the CDE model. Column retardation factors for prometon and artrazine calculated from equilibrium batch sorption coefficients were comparable to those estimated from the observed BTC's only when the nonequilibrium TRM model was used. 相似文献
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土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。 相似文献
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Contaminant transport to groundwater systems through the unsaturated zone follows, in most cases, preferential pathways. The
understanding and assessment of this preferential flow mechanism is important to the prevention and solution of resulting
problems. A column study was carried out where a NaCl-tracer solution (33 to 37 mmohs/cm of conductivity) was passed through
an intact soil core under saturated conditions and three different ponding heights ranging from 5 to 30 mm. Outflow rates
varied from 13 to 103 ml/min during the three tests performed. A subsequent dye tracing and slicing of the soil column was
performed. Electrical conductivity measurements assessed indirectly the chloride content of the water outflow. Breakthrough
curves (BTCs) showed short threshold times (less than 20% pore volume time) and asymmetry with respect to the point defined
by C/Co = 0.5 and pore volume time. The BTCs successfully represent the flow measurements through the soil column, this fact
is supported by the subsequent horizontal slicing (5 cm thick) of the intact core. 相似文献
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It is expected that solute dispersivity is determined by the physical properties of the transport medium. However, experimental investigations to date have not identified such a relationship. In this work, we examine the relation between soil physical parameters, experimental parameters and dispersivity. Experimental data were compiled for 291 repacked, saturated homogeneous laboratory column experiments reported in the literature. Using multiple stepwise regression and classification and regression tree analysis, the relationships between soil physical parameters (sand, silt and clay content, bulk density, water content), experimental parameters (pore‐water velocity, column length and diameter), and transport parameters (dispersion coefficient and dispersivity) were examined. Regression tree analysis showed that clay content was the most important factor controlling dispersivity, followed by column diameter. Columns of length less than approximately 10 cm generally resulted in greater dispersivities than longer columns. A scale effect appeared significant with increasing column diameter, but was not apparent with column length. These results suggest that it may only be possible to relate dispersivity to intrinsic soil properties by explicitly accounting for the experimental design, including column geometry, inlet dead volume and soil packing. 相似文献
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亚热带土壤导水特征对钠盐溶液浓度的响应 总被引：1，自引：1，他引：0
再生水中高浓度钠盐溶液入渗对土壤水力特性的影响是长期低质水灌溉引起土壤生态环境退化的关键问题之一。该文采用定水头渗透法、一维水平土柱吸渗法测定不同浓度钠盐溶液条件下亚热带地区黏性潮土、沙性潮土、红壤、水稻土、紫色土共5种土壤的水动力学参数,分析了土壤理化性质和钠盐溶液浓度对土壤导水特征的影响及其作用机制。结果表明:土壤粉粒、交换性钙及交换性镁含量具有促进土壤水分运动的作用,而土壤黏粒、交换性铁及交换性铝含量则表现出抑制作用。与蒸馏水处理相比较,钠盐加快了土壤水分黏性潮土、沙性潮土及水稻土中的土壤水分运动速率,分别可最高提升其土壤水分扩散率为22.0%、37.3%、39.7%;钠盐减缓了红壤和紫色土的水分扩散速率,溶液钠盐浓度越高,其抑制作用越明显。土壤饱和导水率随溶液盐浓度升高呈先降后升的趋势,1~10 g/L钠盐浓度范围内土壤饱和导水率与钠盐浓度具有良好的抛物线关系(R^2>0.807),各土壤导水率最小极值点的钠盐浓度在5 g/L左右。因此,再生水灌溉利用时其盐浓度适度控制低于其极值点浓度。 相似文献
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Iris Vogeler Rainer Horn Holger Wetzel Julia Krümmelbein 《Soil & Tillage Research》2006,88(1-2):193-204
To study the effect of different soil tillage practices and the consequences of soil deformation on the functioning of the pore system, we performed unsaturated leaching experiments (by applying a suction of −10 kPa) on undisturbed soil columns from the Ap-horizon of a luvisol derived from glacial till (agricultural site at Hohenschulen, North Germany). We compared two different tillage practices (conventionally tilled to 30 cm depth, and conservational chiselled to a depth of 8 cm-Horsch system) with respect to soil strength, pore connectivity and their effect on the fate of surface-applied fertilisers. The soil strength was measured by determining the precompression stress value (PCV). The conventionally tilled topsoil had a PCV of 21 kPa at a pore water potential of −6 kPa, while the conservation treatment resulted in a slightly higher PCV of 28 kPa, suggesting a slowly increasing soil strength induced by the formation of aggregates under reduced tillage practice.
The leaching experiments were modelled using the convection dispersion equation (CDE) and a modified version of the mobile–immobile approach (MIM), which included three water fractions: mobile, immobile and totally immobile water. From the CDE mobile water fractions (θm) ranging from 47 to 67% were found, and θm was slightly higher in the ploughed seedbed compared to the conservation-tilled one. This could be due to higher aggregation in the latter one. Dispersivities were relatively large, ranging from 44 to 360 mm, but no difference was found for the treatments. The MIM could simulate the drop in concentration when leaching was interrupted, but overall did not improve the simulation, despite the larger number of fitting parameters.
Compacting the soil with loads of 70 kPa prior to the leaching experiment did not affect solute transport in the conservational tilled soil. In the conventional-tilled soil, however, the dispersivity decreased and the mobile water content increased compared to the non-compacted soil, suggesting that the former one is less prone to deformation by mechanical loads. 相似文献
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土壤垂向分层和均匀处理下水分差异的数值探讨 总被引：2，自引：0，他引：2
在现有众多的陆面过程模型中,对土壤水分的定量描述一般是假设垂向分布均匀,取表层土壤质地来表示整个垂向土壤质地。垂向分层和均匀处理下的土壤水分是存在差异的,这种差异有多大目前少有研究。设置3组不同饱和导水率组合的层状土壤代表不同区域的非均匀土壤,取3组层状土壤的上层土壤代表整个均匀土壤,通过建立一维土壤水分运动模型分析这种差异,同时分析饱和导水率、饱和含水量、残余含水率、孔隙大小分布参数和形状参数对层状土壤和均匀土壤的渗透量和储水量差异的敏感性,探讨垂向层状和均匀处理下土壤水分运动的差异。研究结果表明:1)建立的一维土壤水分运动模型模拟的土壤水分剖面与Yeh解析解和室内五水转化试验的土壤水分剖面一致,表明模型无论是考虑还是不考虑根系吸水都具有可靠性。2)采用垂向均匀方式处理,上下层饱和导水率相差越大的层状土壤,各水文变量的差异越大。当层状土壤上下层饱和导水率相差1.5倍时,层状土壤和均匀土壤的水分分布差别小于0.05 cm~3×cm~(-3);而当层状土壤上下层饱和导水率相差达3.3倍时,层状土壤和均匀土壤的水分分布差别达0.15 cm~3×cm~(-3),渗漏量相差20 cm以上,储水量相差5 cm左右。3)相对于层状土壤下层,均匀土壤下层的持水能力更差,水流速度更快,导致下层水分分布减小,渗漏量增加,储水量减小。4)形状参数n对渗透量的敏感性最强,土壤孔隙大小分布参数对储水量的敏感性最强,形状参数n其次。在实际应用中,如果一个区域的土壤上下层饱和导水率相差较大,那么垂向均匀处理可能会导致很大的误差,和实际土壤的水分分布相差很大,这会严重影响土壤水分的准确估计,在实际处理中需要认真考虑。 相似文献
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应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布 总被引：7，自引：4，他引：3
田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。 相似文献