土壤大孔隙流機理及産匯流模型 9787030355478 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馮傑，解河海，黃國如，張東輝 著

圖書標籤:

• 土壤物理
• 大孔隙流
• 産匯流模型
• 水文過程
• 土壤水分
• 數值模擬
• 地下水
• 農業水利
• 環境科學
• 水土保持

店鋪： 韻讀圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030355478

商品編碼：29863406838

包裝：精裝

齣版時間：2012-11-01

圖書基本信息
圖書名稱	土壤大孔隙流機理及産匯流模型	作者	馮傑、解河海、黃國如、張東輝
定價	178.00元	齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030355478	齣版日期	2012-11-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	精裝
開本		商品重量	0.999Kg

內容簡介

《土壤大孔隙流機理及産匯流模型》在詳細論述土壤大孔隙流外研究進展的基礎上，開展土柱CT掃描實驗，得到不同土柱各橫斷麵的CT掃描圖像；采用基於GIS的圖像處理技術，左拐彎和九方嚮判斷相結閤的大孔隙空間結構識彆技術以及逐層分析法和嚮上、嚮下追蹤法相結閤的大孔隙空間結構特徵參數分析技術，得到大孔隙空間分布特徵；開展含有大孔隙的室內土柱和土槽人工降雨實驗，確定大孔隙土壤水力參數和溶質運移參數，分析評價大孔隙流對産匯流的影響。構建考慮大孔隙分布的不同尺度的産匯流模型，采用Lattice Boltzmann方法進行求解。 《土壤大孔隙流機理及産匯流模型》可供農田灌溉、土壤物理、水土保持、流域産匯流和水環境保護等領域的科技人員使用，也可作為上述專業高年級本科生、研究生和相關教師的參考書。

作者簡介

無

目錄

《水科學前沿叢書》齣版說明 序 前言 章 土壤大孔隙流及其對坡麵産匯流影響的研究進展 1.1 研究背景與目的意義 1.1.1 背景介紹 1.1.2 目的意義 1.2 優先流的分類及其基本理論 1.3 大孔隙流理論的研究現狀 1.3.1 大孔隙的定義 1.3.2 大孔隙的成因 1.3.3 大孔隙流産生的條件 1.3.4 大孔隙流産生的影響及後果 1.3.5 影響大孔隙流的因素 1.4 大孔隙流理論的發展趨勢 1.4.1 分形幾何在土壤學及大孔隙流理論中的應用 1.4.2 流體力學新方法在大孔隙流理論中的應用 1.4.3 大孔隙流理論發展趨勢 1.5 土壤大孔隙流實驗技術研究進展 1.5.1 土壤大孔隙結構的觀測技術 1.5.2 大孔隙土壤中含水量及其空間分布特徵的觀測技術 1.5.3 大孔隙土壤水力學特徵參數的觀測技術 1.5.4 大孔隙流室內和田間實驗 1.5.5 大孔隙流實驗技術進展總結 1.6 土壤大孔隙流模擬技術研究進展 1.6.1 兩域(two-domain)模型 1.6.2 多域(multi-domain)模型 1.6.3 數值(numerical)模型 1.6.4 兩階段(two-phase)模型 1.6.5 混閤層(mixing-layer)模型 1.6.6 多尺度平均(multiple-scale average)模型 1.6.7 (stochastic)模型 1.6.8 模擬技術研究進展總結 1.7 大孔隙流及溶質遷移數值軟件 1.7.1 MACRO模型 1.7.2 HYDRUS模型 1.7.3 IN3M模型 1.7.4 RZWQM模型 1.7.5 SIMULAT模型 1.7.6 可用於大孔隙流計算的其他模型 1.8 大孔隙流理論在流域模型中的應用進展 1.8.1 DSFDM模型 1.8.2 DHSVM模型 1.8.3 CATFLOW模型 1.8.4 MIKE-SHE模型 1.8.5 HYDAS-DRAIN模型 參考文獻 第2章 CT確定土壤大孔隙空間分布 2.1 CT掃描原理 2.2 外研究進展 2.3 CT掃描實驗材料和圖像處理 2.3.1 土柱 2.3.2 CT掃描 2.3.3 圖像處理 2.4 大孔隙空間網絡的識彆 2.5 大孔隙空間網絡參數的確定 2.5.1 大孔隙網絡和分支 2.5.2 彎麯度 2.5.3 空間水力半徑 2.5.4 大孔隙網絡的密度、配位數、連通性和虧格 2.5.5 確定大孔隙空間網絡分布參數 2.5.6 大孔隙網絡分布參數的分析 2.6 照影劑在土壤大孔隙中的運移 參考文獻 第3章 大孔隙土壤水力參數和溶質運移參數研究 3.1 土壤基本性質 3.2 飽和導水率的確定 3.2.1 土壤基質的飽和導水率 3.2.2 土壤大孔隙的飽和導水率計算 3.2.3 原狀土壤整體的飽和導水率 3.2.4 飽和導水率實驗 3.2.5 土壤大孔隙飽和導水率估算值與實測值的對比分析 3.3 土壤水動力彌散係數的確定 3.3.1 實驗材料、原理和方法 3.3.2 大孔隙對土壤水動力彌散係數的影響 3.4 土壤水分特徵麯綫 3.4.1 土壤水分特徵麯綫及應用 3.4.2 描述土壤水分特徵麯綫的模型 3.4.3 土壤水分特徵麯綫的測定 3.4.4 土壤水分特徵麯綫的擬閤及運動參數的推求 3.4.5 大孔隙對土壤水分特徵麯綫形狀的影響 3.4.6 大孔隙對土壤水分特徵麯綫參數的影響 3.4.7 大孔隙對田間持水量和凋萎係數的影響 3.5 比水容重和土壤非飽和導水率 3.5.1 原狀土和擾動土比水容重的對比分析 3.5.2 原狀土和擾動土非飽和導水率的比較分析 參考文獻 第4章 大孔隙土柱水流實驗和土槽人工降雨實驗研究 4.1 大孔隙土柱水流實驗 4.1.1 實驗材料與方法 4.1.2 大孔隙數量對水分在土壤中運移的影響 4.1.3 大孔隙形狀對水分在土壤中運移的影響 4.1.4 大孔隙直徑對水分在土壤中運移的影響 4.2 土槽人工降雨實驗 4.2.1 實驗設計 4.2.2 下墊麵和降雨強度對産匯流及溶質遷移轉化的影響 參考文獻 第5章 基於格子波爾茲曼方法的大孔隙土壤下滲模型研究 5.1 格子波爾茲曼方法的基本原理 5.1.1 LBM-BGK模型簡介 5.1.2 Burgers方程還原方法 5.2 兩域模型的構建及數值解法研究 5.2.1 兩域模型的構建方法概述 5.2.2 兩域模型構建 5.2.3 兩域模型的數值解法研究 5.3 土柱下滲模型及驗證 5.3.1 土柱實驗介紹 5.3.2 均質模型在擾動土柱水鹽運移模擬中的應用 5.3.3 兩域模型在原狀土柱水鹽運移模擬中的應用 5.4 坡麵下滲模型分析及驗證 5.4.1 建模原理 5.4.2 模型參數及求解 5.4.3 模型率定及驗證 參考文獻 第6章 含有大孔隙的坡麵匯流模型以及溶質流失模型研究 6.1 坡麵匯流模型分析及驗證 6.1.1 引言 6.1.2 坡麵運動波討論 6.1.3 Preissmann四點隱式差分法 6.1.4 Lattice Boltzmann法 6.1.5 方法比較 6.1.6 實驗驗證 6.2 溶質流失模型分析和驗證 6.2.1 引言 6.2.2 影響土壤溶質流失的因素 6.2.3 大孔隙對坡麵溶質流失的影響 6.2.4 模糊神經網絡 6.2.5 建模思想 6.2.6 仿真驗證 參考文獻 第7章 基於大孔隙的流域産匯流模型研究 7.1 模型構建 7.1.1 産流模型 7.1.2 匯流模型 7.2 流域概況介紹 7.2.1 自然地理概況 7.2.2 水文氣象情況 7.2.3 資料整理 7.2.4 精度指標 7.3 模型應用 參考文獻

編輯推薦

馮傑、解河海、黃國如、張東輝編著的《土壤大孔隙流機理及産匯流模型》從土壤大孔隙結構和分布特徵研究、土壤大孔隙室內和室外水流實驗以及數學模型研究等方麵，對土壤大孔隙流及大孔隙流的存在對地下水環境和地錶産匯流的影響等外研究進展進行瞭詳細論述。綜閤分析研究現狀可知：雖然通過大量的室內外實驗已對大孔隙流問題有瞭很多認識，但由於大孔隙流在時間和空間上的極大變化性，仍存在不少難點問題需要解決。因此，在當前和未來較長一段時間內，有關大孔隙流問題的研究應側重於進行大量的室內和田間綜閤實驗，獲得足夠多的數據資料，並提高模擬技術。

文摘

序言

土地的呼吸：地錶之下水流的奧秘與匯聚的動態 引言 我們腳下的土地，並非僅僅是堅實的基石，它是一個充滿活力的生態係統，其中水的運動扮演著至關重要的角色。從綿綿細雨到滔滔江河，水分的旅程韆絲萬縷，其發生、發展和最終匯聚成我們所見的河流湖泊，是一個復雜而精妙的過程。尤其是在土壤的深層，那些肉眼難以察覺的孔隙，是水分流動的隱秘通道，它們共同作用，深刻影響著區域的水文循環，繼而塑造著地錶景觀、生態環境，乃至人類的生存與發展。本書將深入探索土壤中普遍存在卻又極其關鍵的大孔隙及其內部的水流機理，並在此基礎上，構建能夠準確預測區域産匯流過程的模擬模型，以期揭示土地“呼吸”的深層奧秘。 第一章：土壤孔隙的世界——微觀視角的宏觀影響 土壤，是由礦物質顆粒、有機質、空氣和水分組成的復雜混閤體。這些成分在形成過程中，不可避免地會留下各種大小不一的空隙，即土壤孔隙。它們的存在，是土壤得以疏鬆透氣、有效儲存和傳導水分的關鍵。我們可以將土壤孔隙按照其尺寸大小進行粗略的劃分，例如微孔隙（小於0.05毫米）、中孔隙（0.05-5毫米）以及大孔隙（大於5毫米）。 微孔隙，如毛管孔隙，因其錶麵張力效應，能夠牢牢吸持住大量水分，對土壤的保水能力至關重要。當土壤缺水時，植物根係正是通過吸收這些微孔隙中的水分來維持生命。中孔隙則在土壤通氣和水分輸送中發揮著承上啓下的作用。然而，本書將重點聚焦於那些被忽視卻能量巨大的“大孔隙”。 大孔隙，顧名思義，是土壤中相對較大的通道，它們可能由土壤團聚體的間隙、蚯蚓的鑽孔、根係穿透形成的通道、裂隙等構成。盡管在整體土壤體積中，大孔隙的比例可能並不顯著，但它們在水分運動中卻扮演著“高速公路”的角色。想象一下，當一場大雨傾盆而下，如果土壤內部充滿瞭錯綜復雜的微孔隙網絡，水分的滲透將會變得緩慢而均勻。然而，若存在大孔隙，水分將能夠以驚人的速度嚮下滲透，甚至直接穿透土層，進入地下水係統。這種快速的下滲路徑，對於理解地錶徑流的形成、地下水補給的速率，以及汙染物嚮下遷移的風險，都具有極其重要的意義。 第二章：大孔隙中的水流——非達西流的復雜性 傳統的土壤水分運動模型，通常基於達西定律，認為土壤中的水分流動是連續且均勻的，且流速與水力梯度成綫性關係。然而，大孔隙的存在，使得土壤水分運動的真實過程遠比這復雜。在大孔隙中，水流不再是緩慢、均勻的滲透，而可能呈現齣更為復雜的流態，例如重力流、優先流，甚至是局部區域的湍流。 重力流，是最直接的大孔隙水流形式。當土壤錶層被水飽和，且存在相互連通的大孔隙時，重力將驅動水分沿這些通道快速下滲。這種水流速度通常遠大於微孔隙中的滲透流速。 優先流（Preferential Flow），是另一個在大孔隙中普遍存在的現象。它指的是水分並非均勻地填充和運動於整個土壤基質中，而是傾嚮於沿著特定的、更具導水性的路徑（即大孔隙）快速傳輸。這意味著，即使土壤整體濕度不高，在這些優先流通道中，水分的含量和傳輸速率可能遠高於土壤的其他部分。優先流的存在，不僅影響瞭水分在土壤中的分布和滯留時間，更對養分和汙染物的遷移具有深遠影響。例如，農田中的化肥或農藥，可能通過優先流通道快速遷移到地下水中，造成水體汙染。 此外，在某些極端情況下，例如大孔隙中的水流速度足夠快時，也可能齣現局部的湍流現象，這使得流動的預測更加睏難。理解這些非達西流的特性，需要我們超越傳統的均質土壤模型，采用更為精細化的方法來描述水分在大孔隙中的運動規律。 第三章：産匯流模型——從點到麵的水文響應 産匯流模型，是用於描述一個流域或特定區域內，降水轉化為地錶徑流、地下徑流，並最終匯入河流、湖泊等水體的過程。一個準確的産匯流模型，能夠幫助我們理解流域的水文響應特徵，預測洪水風險，評估水資源的可利用量，並對土地利用變化等因素的水文影響進行模擬。 傳統的産匯流模型，通常將流域視為一個整體，或者劃分為若乾個均質的子流域，並采用經驗公式或簡化的物理過程來描述産流和匯流。這些模型在一定程度上能夠捕捉流域的水文變化，但在處理復雜地形、土壤異質性以及非綫性水文過程時，往往顯得力不從心。 特彆是，當土壤內部存在顯著的大孔隙時，地錶徑流的形成和地下水補給的速率，將與傳統的模型預測結果産生較大偏差。例如，在存在發達大孔隙網絡的區域，即使降雨量不大，也可能因為快速的下滲而減少地錶徑流的産生；反之，若大孔隙不發達，即使降雨量適中，也可能因為滲透能力有限而産生較多的地錶徑流。 因此，構建一個能夠充分考慮土壤大孔隙流機理的産匯流模型，是提升水文模型預測精度的關鍵。這需要我們將大孔隙的微觀水流過程，與流域的宏觀水文響應聯係起來。例如，通過參數化或顯式地將大孔隙的導水性、連通性等特徵納入模型，使得模型能夠更準確地模擬水分在土壤剖麵內的垂直傳輸，以及其對地錶徑流形成和地下水補給的影響。 第四章：模型構建與應用——量化土地的呼吸 本書將緻力於探索建立一套能夠有效錶徵土壤大孔隙流的水文模型。這套模型將不再將土壤視為一個均質的連續介質，而是嘗試將大孔隙及其內部的水流過程，以一種可計算的方式融入到流域尺度的水文模擬中。 模型構建的思路可能包括： 1. 大孔隙特徵的描述與量化：如何通過實地調查、遙感數據或試驗方法，獲取土壤中大孔隙的分布、尺寸、連通性等關鍵參數。 2. 大孔隙流的物理過程模擬：基於非達西流理論，發展適用於大孔隙的水流方程，能夠描述水分在其中的快速傳輸和分布。 3. 模型耦閤與尺度轉換：將描述大孔隙微觀過程的子模型，與描述流域宏觀産匯流過程的框架進行有效耦閤，並解決不同尺度之間的轉換問題。 4. 模型率定與驗證：利用實際觀測的流域産匯流數據，對模型參數進行校正，並對模型的預測能力進行嚴格驗證。 一旦建立起這樣一個精細化的産匯流模型，它將具有廣泛的應用前景。例如： 水資源管理：更準確地預測流域徑流量，為水庫調度、農業灌溉、城市供水等提供科學依據。 洪水預報：提高洪水預報的精度，為防洪減災爭取寶貴的時間。 水土保持：評估不同土地利用方式下，土壤大孔隙對産匯流過程的影響，為製定科學的水土保持措施提供支持。 環境汙染風險評估：模擬汙染物通過大孔隙嚮下遷移的路徑和速率，評估地下水汙染的風險，並為環境保護提供決策參考。 氣候變化影響評估：研究氣候變化（如降雨模式改變）對土壤大孔隙流及其産匯流過程的影響，預測未來水文情景。 結論 土壤大孔隙，作為土地生態係統中隱藏的“血管”，其水流機理的復雜性和對區域水文過程的深刻影響，不容忽視。通過深入理解這些微觀層麵的物理過程，並將其有效融入到宏觀的産匯流模型中，我們能夠更全麵、更準確地認識和預測流域的水文動態。本書的研究，不僅是對水文科學理論的深化，更是對土地資源可持續利用和環境保護的重要實踐。它將幫助我們更好地理解“土地的呼吸”，為構建人與自然和諧共生的美好未來，提供更為堅實的科學支撐。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在農村地區工作的技術推廣人員，我常常需要麵對如何提高農田水分利用效率、減少水土流失等實際問題。過去，我們更多地依靠經驗和一些簡化的模型來指導農業生産，但效果並不總是令人滿意，尤其是在降雨不均的情況下。這本書關於土壤大孔隙流及其對産匯流的影響的講解，讓我豁然開朗。它解釋瞭為什麼有時即使土壤看起來很濕潤，錶層徑流卻依然會很快形成，以及這種現象對作物生長可能帶來的負麵影響。書中提齣的産匯流模型，讓我看到瞭一個更精細化的管理方法。通過理解大孔隙流的特性，我們或許可以采取更閤理的耕作方式、選擇更適宜的灌溉技術，甚至通過工程措施來調控土壤中的水分運動，從而實現節水增效、保護土壤的目的。這本書的內容貼近實際，對於我們基層技術人員來說，具有很強的指導價值。

評分☆☆☆☆☆

我是一名地理信息科學的學生，在學習過程中接觸到瞭大量的空間數據和建模技術。這本書的內容，雖然聚焦於土壤的水文過程，卻與我所學的 GIS 和遙感技術有著天然的聯係。我一直對如何將微觀的土壤物理過程與宏觀的地錶水文現象聯係起來感到好奇，而這本書為我提供瞭一個極好的範例。書中關於大孔隙流的機理描述，讓我聯想到在遙感影像中如何識彆與大孔隙發育相關的地貌特徵，例如乾涸的河床、特殊的植被分布等。同時，産匯流模型的構建，也讓我思考如何將 GIS 中的空間分析能力與土壤水分運移的動力學模型相結閤，從而構建更具預測能力的區域性水文模型。書中關於模型參數的敏感性分析，也讓我意識到在實際應用中，準確的空間數據和閤理的參數取值是模型成功的關鍵。這本書為我未來的研究方嚮提供瞭新的啓發。

評分☆☆☆☆☆

我是一名環境工程師，日常工作中經常需要處理與水文循環相關的問題，包括地錶徑流的形成和地下水的補給。之前，我一直傾嚮於采用傳統的、基於 Darcy 定律的飽和或非飽和流模型，但這些模型在解釋某些極端降雨事件下的快速産流現象時，總顯得力不從心。這本書的齣現，恰好填補瞭這一認知空白。它深入淺齣地剖析瞭土壤大孔隙流的物理機製，包括其在非飽和土壤中的獨特錶現，以及對汙染物遷移和土壤侵蝕可能産生的影響。書中提齣的産匯流模型，結閤瞭傳統水文模型和對大孔隙流的考慮，為我提供瞭一個全新的視角和工具。我特彆關注瞭模型中關於“優先流”的參數設置和敏感性分析部分，這對於我理解和預測特定區域的水文響應至關重要。這本書不僅是理論上的升華，更具有很強的實踐指導意義，讓我能夠更準確地模擬和預測復雜的地錶-地下水相互作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我一種沉靜而深邃的感覺，暗綠色的背景上，是幾道抽象的、蜿蜒的綫條，仿佛是泥土中錯綜復雜的脈絡。我並非土壤科學領域的專傢，但“大孔隙流機理”這個詞組本身就充滿瞭吸引力，它暗示著一種地下世界的隱秘運動，一種不同於尋常滲透的、更加迅猛而復雜的水流方式。在閱讀過程中，我驚喜地發現，即便我沒有深厚的專業背景，作者也巧妙地用生動形象的語言和清晰的圖示，將那些抽象的概念一一呈現。例如，關於土壤大孔隙的形成，作者不僅從地質構造、生物活動等宏觀角度進行瞭闡述，還細緻地描繪瞭蚯蚓掘穴、根係腐爛等微觀過程如何塑造齣那些“高速通道”。我尤其對書中關於不同土壤類型下大孔隙分布和連通性差異的討論印象深刻，它讓我意識到，我們腳下的土地並非鐵闆一塊，而是充滿瞭微妙的差異，這些差異直接影響著水分的運移和養分的攜帶。

評分☆☆☆☆☆

我是一名熱愛閱讀的普通讀者，雖然我不是科班齣身，但對自然科學充滿瞭好奇。這本書的標題“土壤大孔隙流機理及産匯流模型”聽起來十分專業，起初我有些猶豫是否能讀懂。然而，當我翻開書頁，我立刻被作者的敘述方式吸引瞭。作者並沒有一開始就拋齣晦澀的公式和術語，而是從一些生動有趣的例子入手，比如雨後泥濘的地麵如何快速乾涸，為什麼有些地方的徑流會異常迅猛。然後，他循序漸進地解釋瞭土壤中那些“秘密通道”是如何形成的，以及它們在水分運輸中扮演的重要角色。我學到瞭原來土壤並不是一個均質的介質，裏麵充滿瞭各種大小不一的孔隙，而那些“大孔隙”就像是土壤裏的地下高速公路，可以極大地改變水分的流嚮和速度。書中還介紹瞭如何利用這些知識來建立模型，預測雨水如何在地錶匯集和流入地下，這讓我對我們腳下的世界有瞭更深層次的認識，也對大自然的復雜和精妙充滿瞭敬畏。