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1.
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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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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土壤溶质锋运移的解析解 总被引：5，自引：0，他引：5
为了推求土壤溶质锋运移与时间的关系 ,假设土壤溶质运移发生在溶质输入内边界至溶质锋之间 ,应用拉普拉斯变换方法求解输入内边界到溶质锋边界的对流—弥散方程 ( CDE)。溶质锋浓度解与半无限精确解的比较表明 ,在内边界至溶质锋边界内具有良好的一致性。溶质锋运移解的一个重要应用是估计实验室和田间条件的溶质运移参数。这个新的参数估计方法要求土壤中溶质锋随时间运移数据。如果应用有色示踪剂 ,溶质锋运移可以目测 ;如果应用其他示踪剂 ,可以通过 TDR或其它仪器测量示踪剂通量或体积浓度 ,确定溶质锋的深度。这个新的方法简单易行、节省时间 ,而且能够应用到实验和田间条件。 相似文献
4.
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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羟丙基甲基纤维素作土壤改良剂对土壤溶质运移的影响 总被引：2，自引：2，他引：0
羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)是一种潜在的土壤改良剂,加入土壤中后具有明显的减渗效果,对缓解黄土高原水土养分的流失具有重要意义。该文通过在土壤中施加不同含量的HPMC,研究HPMC对土壤溶质迁移特性的影响。结果表明:1)HPMC质量分数在0～0.5 g/kg范围内,饱和导水率随HPMC添加量增大而逐渐减小,0.5g/kg组相比未添加HPMC的空白组降低37.3%;土壤中保守性溶质的运移速度显著降低;随HPMC添加量增加,溶质的初始和完全穿透时间明显推迟,穿透总历时延长;2)CDE方程和两区模型均能较好地模拟在土壤中添加不同含量HPMC时溶质的运移状况,2种模型的拟合曲线也均能与实测曲线较好吻合,但两区模型的模拟精度更高。3)基于两区模型的参数拟合结果,随HPMC添加量的增加,平均孔隙水流速越小,水动力弥散系数、弥散度和质量交换系数均增加,而土壤可动水体的含水量比率逐渐减少。 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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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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土壤及含水层的水力参数与热参数对于定量描述土壤水、地下水迁移规律及其伴生的热运移过程十分重要。为探讨不同监测数据类型组合对多孔介质水热参数估计的影响,该研究基于热示踪方法,开展了3种不同粒径条件下的饱和均质石英砂的热示踪试验,并结合HYDRU-2D模型对介质的饱和导水率、导热系数和纵向、横向热弥散度进行反演。参数估计时分别设置3种情景对介质水热参数进行估计:仅采用观测点温度(R1)、观测点温度+水流通量(R2)、观测点温度+水流通量+热量损失(R3)。并对R1情景设置3种不同参数反演组合,即同时对2组参数(饱和导水率和导热系数)、3组参数(饱和导水率、纵向和横向热弥散度)和4组参数(饱和导水率、导热系数、纵向和横向热弥散度)进行估计。研究结果表明:同时对介质饱和导水率、导热系数与热弥散度进行估计,有利于提高介质水热参数的估计精度;对导热系数的合理估计可减小R1情景中介质饱和导水率的估计误差。4组参数中饱和导水率是敏感性最高的参数,增加用于参数反演的水流运动和热量传递信息时,粗砂、中砂、细砂的累积流量相对误差分别减少了9.74、6.65和12.53个百分点,显著提高了介质饱和导水率的反演精度。饱和导水率的估计值随介质粒径增大而增大,而纵向热弥散度随粒径的变化则呈相反的变化规律,横向热弥散度估值基本不变。增加水流和热量传递信息还能显著提高中砂的导热系数反演精度,导热系数的估计值随着介质孔隙度增大而逐渐降低。研究可为基于不同数据类型的均质介质参数反演提供。 相似文献
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柑橘地土壤溶质优先运移研究 总被引：2，自引：0，他引：2
通过室内原状土柱与重塑土柱对比实验,应用溶质穿透曲线研究柑橘地土壤优先流及溶质优先运移的特征。结果表明:柑橘地原状土柱土壤穿透曲线表现出了上升阶段的拐点现象,是优先流与基质流共同作用的结果。原状土柱土体穿透曲线下降初期较陡,并表现出了较长的拖尾特征,重塑土柱下降趋势相对稳定。存在优先路径的土体出流速率稳定性较差,变异系数较大,其平均出流速率是重塑土柱出流速率的3.5倍。优先流作用使溶质相对浓度到达峰值的时间缩短了37.7%,此时造成的溶质运移量却是平衡基质流所造成的溶质运移量的2.5倍,因此优先流能够导致土壤溶质的快速大量迁移。 相似文献
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An analytical solution for advance of solute front in soils 总被引：3，自引：0，他引：3
Based on the assumption that solute transport in a semi-infinite soil column or in a field soil profile can be described by the boundary-layer method, an analytical solution is presented for the advance of a solute front with time. The traditional convection-dispersion equation (CDE) subjected to two boundary conditions: 1) at the soil surface (or inlet boundary) and 2) at the solute front, was solved using a Laplace transformation. A comparison of resident concentrations using a boundary-layer method and an exact solution (in a semi-infinite-domain) showed that both were in good agreement within the range between the two boundaries. This led to a new method for estimating solute transport parameters in soils, requiring only observation of advance of the solute front with time. This may be corroborated visually using a tracer solution with marking-dye or measured utilizing time domain reflectometry (TDR). This method is applicable to both laboratory soil columns and field soils. Thus, it could be a step forward for modeling solute transport in field soils and for better understanding of the transport processes in soils. 相似文献
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镉在中性和碱性土柱中不同深度处的运移模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
Human health has been potentially threatened by cadmium (Cd) contained in sewage irrigation water.Previous studies of Cd transport in soils were mainly conducted using small soil cores with pH values less than 6.The objectives of this study were to determine the parameters of the convection-dispersion equation (CDE) for Cd transport in relatively larger columns with neutral and alkaline soils,and to investigate the parameters' variability with depth.The soil columns were 50 cm in length and 12.5 cm in diameter.Ceramic suction lysimeters were buried at depths of 2.5,7.5,17.5,27.5,and 37.5 cm to abstract soil solution.Cd concentration in the soil solution samples were subsequently analyzed to obtain breakthrough curves (BTCs).Equilibrium and nonequilibrium models in CXTFIT program were used to estimate parameters of the CDE.The results suggested that both equilibrium and non-equilibrium models performed well in modeling Cd transport.The hydrodynamic dispersion coefficient (D) ranged from 0.18 to 10.70 cm 2 h 1,showing large differences among different depths.The retardation factor (R d) ranged from 25.4 to 54.7 and the standard deviation of R d value was lower than 30% of the mean value.Precipitation coefficient (R p) decreased consistently with increasing depth,varying from 1.000 × 10 10 to 0.661 h 1.Sensitivity tests showed that D was less sensitive than R d.These results would be helpful in understanding the transport and retention of Cd in non-acidic soils. 相似文献
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A transfer‐function method is proposed to determine transport parameters from solute breakthrough data. The method is based on the assumptions that a linear process governs the transport of solute through soil and that the soil is homogeneous. It needs breakthrough data at two different vertical locations from a pulse input of solute to the soil. The method predicts the response by convoluting the input with the transfer function in the time domain. Solute breakthrough data were measured in unsaturated soil columns by time‐domain reflectometry (TDR). An experimental soil column was placed over a supporting column filled with sandy soil. A constant hanging water table, maintained in the lower column, created suction in the upper column and maintained unsaturated conditions. A solution of calcium chloride (CaCl2) was spread over the soil in the upper column during steady flow of water in the column. Resident concentrations of solute in terms of electrical conductivity were measured at two depths by TDR sensors. We analysed breakthrough curves of CaCl2 in 81 experiments to determine the transport parameters in coarse sand, sandy loam soil and clay loam soil by the transfer‐function method. The transport parameters obtained were compared with those determined by the widely used deterministic equilibrium model of the CXTFIT program. The transfer‐function method provided a better fit between the measured and estimated breakthrough curves in almost all cases and resulted in stable values of the parameters. The method is robust against small errors in measurements. It is a mathematically sound and efficient method for analysing breakthrough data. 相似文献
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两流区模型为描述优先流情况下的溶质穿透曲线提供了新的方法。但两流区模型的所有参数目前仅能通过反推参数法获得，限制了其应用。近年来，毛管理论和土壤水力特性模型的发展使得有可能从更加微观的角度来揭示土壤水分和溶质运动的机理，同时也为对流弥散模型参数的确定提出了新的思路。本研究在Brooks—Corey模型的基础上，推求了土壤中的孔隙流速分布；以平均孔隙流速为两流区的临界流速，得到了两流区模型参数与Brooks-Corey水分特征曲线模型形状系数之间的简单关系；提出了由土壤水分特征曲线确定两流区模型参数的方法。用实测资料对考虑和不考虑不动水体情况下这种方法的可靠性进行了验证。结果表明，不考虑不动水体，上述方法可靠性较差；考虑不动水体，用上述方法预测两流区模型参数有一定精度，不会对模型的预测结果产生太大的误差。 相似文献