土壤大孔隙流机理及产汇流模型 9787030355478 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

冯杰，解河海，黄国如，张东辉 著

图书标签:

• 土壤物理
• 大孔隙流
• 产汇流模型
• 水文过程
• 土壤水分
• 数值模拟
• 地下水
• 农业水利
• 环境科学
• 水土保持

店铺： 韵读图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030355478

商品编码：29863406838

包装：精装

出版时间：2012-11-01

图书基本信息
图书名称	土壤大孔隙流机理及产汇流模型	作者	冯杰、解河海、黄国如、张东辉
定价	178.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030355478	出版日期	2012-11-01
字数		页码
版次	1	装帧	精装
开本		商品重量	0.999Kg

内容简介

《土壤大孔隙流机理及产汇流模型》在详细论述土壤大孔隙流外研究进展的基础上，开展土柱CT扫描实验，得到不同土柱各横断面的CT扫描图像；采用基于GIS的图像处理技术，左拐弯和九方向判断相结合的大孔隙空间结构识别技术以及逐层分析法和向上、向下追踪法相结合的大孔隙空间结构特征参数分析技术，得到大孔隙空间分布特征；开展含有大孔隙的室内土柱和土槽人工降雨实验，确定大孔隙土壤水力参数和溶质运移参数，分析评价大孔隙流对产汇流的影响。构建考虑大孔隙分布的不同尺度的产汇流模型，采用Lattice Boltzmann方法进行求解。 《土壤大孔隙流机理及产汇流模型》可供农田灌溉、土壤物理、水土保持、流域产汇流和水环境保护等领域的科技人员使用，也可作为上述专业高年级本科生、研究生和相关教师的参考书。

作者简介

无

目录

《水科学前沿丛书》出版说明 序 前言 章 土壤大孔隙流及其对坡面产汇流影响的研究进展 1.1 研究背景与目的意义 1.1.1 背景介绍 1.1.2 目的意义 1.2 优先流的分类及其基本理论 1.3 大孔隙流理论的研究现状 1.3.1 大孔隙的定义 1.3.2 大孔隙的成因 1.3.3 大孔隙流产生的条件 1.3.4 大孔隙流产生的影响及后果 1.3.5 影响大孔隙流的因素 1.4 大孔隙流理论的发展趋势 1.4.1 分形几何在土壤学及大孔隙流理论中的应用 1.4.2 流体力学新方法在大孔隙流理论中的应用 1.4.3 大孔隙流理论发展趋势 1.5 土壤大孔隙流实验技术研究进展 1.5.1 土壤大孔隙结构的观测技术 1.5.2 大孔隙土壤中含水量及其空间分布特征的观测技术 1.5.3 大孔隙土壤水力学特征参数的观测技术 1.5.4 大孔隙流室内和田间实验 1.5.5 大孔隙流实验技术进展总结 1.6 土壤大孔隙流模拟技术研究进展 1.6.1 两域(two-domain)模型 1.6.2 多域(multi-domain)模型 1.6.3 数值(numerical)模型 1.6.4 两阶段(two-phase)模型 1.6.5 混合层(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 模拟技术研究进展总结 1.7 大孔隙流及溶质迁移数值软件 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 可用于大孔隙流计算的其他模型 1.8 大孔隙流理论在流域模型中的应用进展 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 参考文献 第2章 CT确定土壤大孔隙空间分布 2.1 CT扫描原理 2.2 外研究进展 2.3 CT扫描实验材料和图像处理 2.3.1 土柱 2.3.2 CT扫描 2.3.3 图像处理 2.4 大孔隙空间网络的识别 2.5 大孔隙空间网络参数的确定 2.5.1 大孔隙网络和分支 2.5.2 弯曲度 2.5.3 空间水力半径 2.5.4 大孔隙网络的密度、配位数、连通性和亏格 2.5.5 确定大孔隙空间网络分布参数 2.5.6 大孔隙网络分布参数的分析 2.6 照影剂在土壤大孔隙中的运移 参考文献 第3章 大孔隙土壤水力参数和溶质运移参数研究 3.1 土壤基本性质 3.2 饱和导水率的确定 3.2.1 土壤基质的饱和导水率 3.2.2 土壤大孔隙的饱和导水率计算 3.2.3 原状土壤整体的饱和导水率 3.2.4 饱和导水率实验 3.2.5 土壤大孔隙饱和导水率估算值与实测值的对比分析 3.3 土壤水动力弥散系数的确定 3.3.1 实验材料、原理和方法 3.3.2 大孔隙对土壤水动力弥散系数的影响 3.4 土壤水分特征曲线 3.4.1 土壤水分特征曲线及应用 3.4.2 描述土壤水分特征曲线的模型 3.4.3 土壤水分特征曲线的测定 3.4.4 土壤水分特征曲线的拟合及运动参数的推求 3.4.5 大孔隙对土壤水分特征曲线形状的影响 3.4.6 大孔隙对土壤水分特征曲线参数的影响 3.4.7 大孔隙对田间持水量和凋萎系数的影响 3.5 比水容重和土壤非饱和导水率 3.5.1 原状土和扰动土比水容重的对比分析 3.5.2 原状土和扰动土非饱和导水率的比较分析 参考文献 第4章 大孔隙土柱水流实验和土槽人工降雨实验研究 4.1 大孔隙土柱水流实验 4.1.1 实验材料与方法 4.1.2 大孔隙数量对水分在土壤中运移的影响 4.1.3 大孔隙形状对水分在土壤中运移的影响 4.1.4 大孔隙直径对水分在土壤中运移的影响 4.2 土槽人工降雨实验 4.2.1 实验设计 4.2.2 下垫面和降雨强度对产汇流及溶质迁移转化的影响 参考文献 第5章 基于格子波尔兹曼方法的大孔隙土壤下渗模型研究 5.1 格子波尔兹曼方法的基本原理 5.1.1 LBM-BGK模型简介 5.1.2 Burgers方程还原方法 5.2 两域模型的构建及数值解法研究 5.2.1 两域模型的构建方法概述 5.2.2 两域模型构建 5.2.3 两域模型的数值解法研究 5.3 土柱下渗模型及验证 5.3.1 土柱实验介绍 5.3.2 均质模型在扰动土柱水盐运移模拟中的应用 5.3.3 两域模型在原状土柱水盐运移模拟中的应用 5.4 坡面下渗模型分析及验证 5.4.1 建模原理 5.4.2 模型参数及求解 5.4.3 模型率定及验证 参考文献 第6章 含有大孔隙的坡面汇流模型以及溶质流失模型研究 6.1 坡面汇流模型分析及验证 6.1.1 引言 6.1.2 坡面运动波讨论 6.1.3 Preissmann四点隐式差分法 6.1.4 Lattice Boltzmann法 6.1.5 方法比较 6.1.6 实验验证 6.2 溶质流失模型分析和验证 6.2.1 引言 6.2.2 影响土壤溶质流失的因素 6.2.3 大孔隙对坡面溶质流失的影响 6.2.4 模糊神经网络 6.2.5 建模思想 6.2.6 仿真验证 参考文献 第7章 基于大孔隙的流域产汇流模型研究 7.1 模型构建 7.1.1 产流模型 7.1.2 汇流模型 7.2 流域概况介绍 7.2.1 自然地理概况 7.2.2 水文气象情况 7.2.3 资料整理 7.2.4 精度指标 7.3 模型应用 参考文献

编辑推荐

冯杰、解河海、黄国如、张东辉编著的《土壤大孔隙流机理及产汇流模型》从土壤大孔隙结构和分布特征研究、土壤大孔隙室内和室外水流实验以及数学模型研究等方面，对土壤大孔隙流及大孔隙流的存在对地下水环境和地表产汇流的影响等外研究进展进行了详细论述。综合分析研究现状可知：虽然通过大量的室内外实验已对大孔隙流问题有了很多认识，但由于大孔隙流在时间和空间上的极大变化性，仍存在不少难点问题需要解决。因此，在当前和未来较长一段时间内，有关大孔隙流问题的研究应侧重于进行大量的室内和田间综合实验，获得足够多的数据资料，并提高模拟技术。

文摘

序言

土地的呼吸：地表之下水流的奥秘与汇聚的动态 引言 我们脚下的土地，并非仅仅是坚实的基石，它是一个充满活力的生态系统，其中水的运动扮演着至关重要的角色。从绵绵细雨到滔滔江河，水分的旅程千丝万缕，其发生、发展和最终汇聚成我们所见的河流湖泊，是一个复杂而精妙的过程。尤其是在土壤的深层，那些肉眼难以察觉的孔隙，是水分流动的隐秘通道，它们共同作用，深刻影响着区域的水文循环，继而塑造着地表景观、生态环境，乃至人类的生存与发展。本书将深入探索土壤中普遍存在却又极其关键的大孔隙及其内部的水流机理，并在此基础上，构建能够准确预测区域产汇流过程的模拟模型，以期揭示土地“呼吸”的深层奥秘。 第一章：土壤孔隙的世界——微观视角的宏观影响 土壤，是由矿物质颗粒、有机质、空气和水分组成的复杂混合体。这些成分在形成过程中，不可避免地会留下各种大小不一的空隙，即土壤孔隙。它们的存在，是土壤得以疏松透气、有效储存和传导水分的关键。我们可以将土壤孔隙按照其尺寸大小进行粗略的划分，例如微孔隙（小于0.05毫米）、中孔隙（0.05-5毫米）以及大孔隙（大于5毫米）。 微孔隙，如毛管孔隙，因其表面张力效应，能够牢牢吸持住大量水分，对土壤的保水能力至关重要。当土壤缺水时，植物根系正是通过吸收这些微孔隙中的水分来维持生命。中孔隙则在土壤通气和水分输送中发挥着承上启下的作用。然而，本书将重点聚焦于那些被忽视却能量巨大的“大孔隙”。 大孔隙，顾名思义，是土壤中相对较大的通道，它们可能由土壤团聚体的间隙、蚯蚓的钻孔、根系穿透形成的通道、裂隙等构成。尽管在整体土壤体积中，大孔隙的比例可能并不显著，但它们在水分运动中却扮演着“高速公路”的角色。想象一下，当一场大雨倾盆而下，如果土壤内部充满了错综复杂的微孔隙网络，水分的渗透将会变得缓慢而均匀。然而，若存在大孔隙，水分将能够以惊人的速度向下渗透，甚至直接穿透土层，进入地下水系统。这种快速的下渗路径，对于理解地表径流的形成、地下水补给的速率，以及污染物向下迁移的风险，都具有极其重要的意义。 第二章：大孔隙中的水流——非达西流的复杂性 传统的土壤水分运动模型，通常基于达西定律，认为土壤中的水分流动是连续且均匀的，且流速与水力梯度成线性关系。然而，大孔隙的存在，使得土壤水分运动的真实过程远比这复杂。在大孔隙中，水流不再是缓慢、均匀的渗透，而可能呈现出更为复杂的流态，例如重力流、优先流，甚至是局部区域的湍流。 重力流，是最直接的大孔隙水流形式。当土壤表层被水饱和，且存在相互连通的大孔隙时，重力将驱动水分沿这些通道快速下渗。这种水流速度通常远大于微孔隙中的渗透流速。 优先流（Preferential Flow），是另一个在大孔隙中普遍存在的现象。它指的是水分并非均匀地填充和运动于整个土壤基质中，而是倾向于沿着特定的、更具导水性的路径（即大孔隙）快速传输。这意味着，即使土壤整体湿度不高，在这些优先流通道中，水分的含量和传输速率可能远高于土壤的其他部分。优先流的存在，不仅影响了水分在土壤中的分布和滞留时间，更对养分和污染物的迁移具有深远影响。例如，农田中的化肥或农药，可能通过优先流通道快速迁移到地下水中，造成水体污染。 此外，在某些极端情况下，例如大孔隙中的水流速度足够快时，也可能出现局部的湍流现象，这使得流动的预测更加困难。理解这些非达西流的特性，需要我们超越传统的均质土壤模型，采用更为精细化的方法来描述水分在大孔隙中的运动规律。 第三章：产汇流模型——从点到面的水文响应 产汇流模型，是用于描述一个流域或特定区域内，降水转化为地表径流、地下径流，并最终汇入河流、湖泊等水体的过程。一个准确的产汇流模型，能够帮助我们理解流域的水文响应特征，预测洪水风险，评估水资源的可利用量，并对土地利用变化等因素的水文影响进行模拟。 传统的产汇流模型，通常将流域视为一个整体，或者划分为若干个均质的子流域，并采用经验公式或简化的物理过程来描述产流和汇流。这些模型在一定程度上能够捕捉流域的水文变化，但在处理复杂地形、土壤异质性以及非线性水文过程时，往往显得力不从心。 特别是，当土壤内部存在显著的大孔隙时，地表径流的形成和地下水补给的速率，将与传统的模型预测结果产生较大偏差。例如，在存在发达大孔隙网络的区域，即使降雨量不大，也可能因为快速的下渗而减少地表径流的产生；反之，若大孔隙不发达，即使降雨量适中，也可能因为渗透能力有限而产生较多的地表径流。 因此，构建一个能够充分考虑土壤大孔隙流机理的产汇流模型，是提升水文模型预测精度的关键。这需要我们将大孔隙的微观水流过程，与流域的宏观水文响应联系起来。例如，通过参数化或显式地将大孔隙的导水性、连通性等特征纳入模型，使得模型能够更准确地模拟水分在土壤剖面内的垂直传输，以及其对地表径流形成和地下水补给的影响。 第四章：模型构建与应用——量化土地的呼吸 本书将致力于探索建立一套能够有效表征土壤大孔隙流的水文模型。这套模型将不再将土壤视为一个均质的连续介质，而是尝试将大孔隙及其内部的水流过程，以一种可计算的方式融入到流域尺度的水文模拟中。 模型构建的思路可能包括： 1. 大孔隙特征的描述与量化：如何通过实地调查、遥感数据或试验方法，获取土壤中大孔隙的分布、尺寸、连通性等关键参数。 2. 大孔隙流的物理过程模拟：基于非达西流理论，发展适用于大孔隙的水流方程，能够描述水分在其中的快速传输和分布。 3. 模型耦合与尺度转换：将描述大孔隙微观过程的子模型，与描述流域宏观产汇流过程的框架进行有效耦合，并解决不同尺度之间的转换问题。 4. 模型率定与验证：利用实际观测的流域产汇流数据，对模型参数进行校正，并对模型的预测能力进行严格验证。 一旦建立起这样一个精细化的产汇流模型，它将具有广泛的应用前景。例如： 水资源管理：更准确地预测流域径流量，为水库调度、农业灌溉、城市供水等提供科学依据。 洪水预报：提高洪水预报的精度，为防洪减灾争取宝贵的时间。 水土保持：评估不同土地利用方式下，土壤大孔隙对产汇流过程的影响，为制定科学的水土保持措施提供支持。 环境污染风险评估：模拟污染物通过大孔隙向下迁移的路径和速率，评估地下水污染的风险，并为环境保护提供决策参考。 气候变化影响评估：研究气候变化（如降雨模式改变）对土壤大孔隙流及其产汇流过程的影响，预测未来水文情景。 结论 土壤大孔隙，作为土地生态系统中隐藏的“血管”，其水流机理的复杂性和对区域水文过程的深刻影响，不容忽视。通过深入理解这些微观层面的物理过程，并将其有效融入到宏观的产汇流模型中，我们能够更全面、更准确地认识和预测流域的水文动态。本书的研究，不仅是对水文科学理论的深化，更是对土地资源可持续利用和环境保护的重要实践。它将帮助我们更好地理解“土地的呼吸”，为构建人与自然和谐共生的美好未来，提供更为坚实的科学支撑。

评分☆☆☆☆☆

我是一名地理信息科学的学生，在学习过程中接触到了大量的空间数据和建模技术。这本书的内容，虽然聚焦于土壤的水文过程，却与我所学的 GIS 和遥感技术有着天然的联系。我一直对如何将微观的土壤物理过程与宏观的地表水文现象联系起来感到好奇，而这本书为我提供了一个极好的范例。书中关于大孔隙流的机理描述，让我联想到在遥感影像中如何识别与大孔隙发育相关的地貌特征，例如干涸的河床、特殊的植被分布等。同时，产汇流模型的构建，也让我思考如何将 GIS 中的空间分析能力与土壤水分运移的动力学模型相结合，从而构建更具预测能力的区域性水文模型。书中关于模型参数的敏感性分析，也让我意识到在实际应用中，准确的空间数据和合理的参数取值是模型成功的关键。这本书为我未来的研究方向提供了新的启发。

评分☆☆☆☆☆

我是一名环境工程师，日常工作中经常需要处理与水文循环相关的问题，包括地表径流的形成和地下水的补给。之前，我一直倾向于采用传统的、基于 Darcy 定律的饱和或非饱和流模型，但这些模型在解释某些极端降雨事件下的快速产流现象时，总显得力不从心。这本书的出现，恰好填补了这一认知空白。它深入浅出地剖析了土壤大孔隙流的物理机制，包括其在非饱和土壤中的独特表现，以及对污染物迁移和土壤侵蚀可能产生的影响。书中提出的产汇流模型，结合了传统水文模型和对大孔隙流的考虑，为我提供了一个全新的视角和工具。我特别关注了模型中关于“优先流”的参数设置和敏感性分析部分，这对于我理解和预测特定区域的水文响应至关重要。这本书不仅是理论上的升华，更具有很强的实践指导意义，让我能够更准确地模拟和预测复杂的地表-地下水相互作用。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在农村地区工作的技术推广人员，我常常需要面对如何提高农田水分利用效率、减少水土流失等实际问题。过去，我们更多地依靠经验和一些简化的模型来指导农业生产，但效果并不总是令人满意，尤其是在降雨不均的情况下。这本书关于土壤大孔隙流及其对产汇流的影响的讲解，让我豁然开朗。它解释了为什么有时即使土壤看起来很湿润，表层径流却依然会很快形成，以及这种现象对作物生长可能带来的负面影响。书中提出的产汇流模型，让我看到了一个更精细化的管理方法。通过理解大孔隙流的特性，我们或许可以采取更合理的耕作方式、选择更适宜的灌溉技术，甚至通过工程措施来调控土壤中的水分运动，从而实现节水增效、保护土壤的目的。这本书的内容贴近实际，对于我们基层技术人员来说，具有很强的指导价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我一种沉静而深邃的感觉，暗绿色的背景上，是几道抽象的、蜿蜒的线条，仿佛是泥土中错综复杂的脉络。我并非土壤科学领域的专家，但“大孔隙流机理”这个词组本身就充满了吸引力，它暗示着一种地下世界的隐秘运动，一种不同于寻常渗透的、更加迅猛而复杂的水流方式。在阅读过程中，我惊喜地发现，即便我没有深厚的专业背景，作者也巧妙地用生动形象的语言和清晰的图示，将那些抽象的概念一一呈现。例如，关于土壤大孔隙的形成，作者不仅从地质构造、生物活动等宏观角度进行了阐述，还细致地描绘了蚯蚓掘穴、根系腐烂等微观过程如何塑造出那些“高速通道”。我尤其对书中关于不同土壤类型下大孔隙分布和连通性差异的讨论印象深刻，它让我意识到，我们脚下的土地并非铁板一块，而是充满了微妙的差异，这些差异直接影响着水分的运移和养分的携带。

评分☆☆☆☆☆

我是一名热爱阅读的普通读者，虽然我不是科班出身，但对自然科学充满了好奇。这本书的标题“土壤大孔隙流机理及产汇流模型”听起来十分专业，起初我有些犹豫是否能读懂。然而，当我翻开书页，我立刻被作者的叙述方式吸引了。作者并没有一开始就抛出晦涩的公式和术语，而是从一些生动有趣的例子入手，比如雨后泥泞的地面如何快速干涸，为什么有些地方的径流会异常迅猛。然后，他循序渐进地解释了土壤中那些“秘密通道”是如何形成的，以及它们在水分运输中扮演的重要角色。我学到了原来土壤并不是一个均质的介质，里面充满了各种大小不一的孔隙，而那些“大孔隙”就像是土壤里的地下高速公路，可以极大地改变水分的流向和速度。书中还介绍了如何利用这些知识来建立模型，预测雨水如何在地表汇集和流入地下，这让我对我们脚下的世界有了更深层次的认识，也对大自然的复杂和精妙充满了敬畏。