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前言1

第一章土壤水的能态——土水势1

1.1概述1

目 录1

1.2土壤水的形态和能态4

1.2.1 土壤水的数量——土壤含水率4

1.2.2土壤水的形态5

1.2.3土壤水的能态7

1.3.1土水势概念的热力学基础8

1.3土水势8

1.3.2土水势的分势12

1.4土壤水吸力与土壤水分特征曲线18

1.4.1土壤水吸力18

1.4.2土壤水分特征曲线18

1.4.3土壤水分特征曲线的应用22

第二章土壤水动力学基本方程25

2.1非饱和土壤水流动的达西定律25

2.1.1饱和土壤水流动的达西定律25

2.1.2非饱和土壤水流动的达西定律27

2.1.3非饱和土壤的导水率30

2.2非饱和土壤水运动基本方程34

2.2.1质量守恒原理与基本方程的推导34

2.2.2基本方程的各种形式37

2.2.3柱坐标及球坐标系中土壤水分运动的基本方程44

2.3土壤水分运动通量法51

2.3.1零通量面与零通量面法52

2.3.2表面通量法与定位通量法55

2.4土壤中溶质的运移及其基本方程57

2.4.1溶质运移的对流和水动力弥散59

2.4.2溶质运移的基本方程63

2.4.3土壤中溶质运移与水分运动的关系66

2.5 土壤中的热流及其基本方程67

2.5.1土壤的热特性68

2.5.2土壤中热流的基本方程72

2.5.3土壤中水热的耦合迁移74

第三章土壤水分的入渗77

3.1土壤水分入渗过程概述77

3.1.1入渗过程的一般分析78

3.1.2地表入渗条件81

3.2土壤水分运动线性化方程的入渗解82

3.3 Green-Ampt模型与δ函数入渗解86

3.3.1 Green-Ampt模型及其入渗分析86

3.3.2 δ函数的近似解88

3.3.3 Green-Ampt模型的入渗关系90

3.4水平吸渗条件下的Philip解法92

3.4.1水平吸渗的定解问题与Boltzmann变换92

3.4.2迭代计算方法94

3.4.3迭代计算步骤及算例99

3.5垂直入渗条件下的Philip解法103

3.5.1垂直入渗条件下的Philip级数解103

3.5.2递推求解方法与步骤107

3.6入渗条件下的Parlange解法111

3.6.1 第一类边界问题的Parlange解法112

3.6.2第二类边界问题的Parlange解法114

3.6.3水平轴对称非饱和流的半解析解117

3.7.1 Green-Ampt入渗公式121

3.7入渗公式及讨论121

3.7.2 Pbilip入渗公式124

3.7.3 Smith,Parlange入渗公式126

3.7.4 КОСТЯКОВ、Horton和Holtan入渗公式130

第四章蒸发条件下土壤水分的运动132

4.1概述132

4.2定水位条件下均质土壤的稳定蒸发136

4.2.1 稳定蒸发条件下土壤含水率及吸力分布136

4.2.2定水位下潜水极限蒸发强度140

4.2.3潜水稳定蒸发及其经验公式141

4.3定水位条件下层状土壤的稳定蒸发146

4.4蒸发条件下土壤水分的非稳定运动151

4.4.1 表土蒸发强度保持稳定阶段的土壤水分运动求解151

4.4.2表土蒸发强度随地表含水率递减阶段土壤157

水分运动的近似解157

4.4.3表土瞬时变干时土壤水分运动的求解160

第五章土壤－植物－大气连续体中水流的运动168

5.1概述168

5.2.1 植物细胞的构成及其渗透、吸胀作用170

5.2植物细胞水势及植物体中水流170

5.2.2植物细胞水势171

5.2.3细胞－细胞的渗流模型172

5.2.4植物体中的水流177

5.3土壤根区水流179

5.3.1根的构造与吸水作用179

5.3.2单根吸水的土壤水分运动模型181

5.4腾发量的估算185

5.4.1叶的构造与蒸腾185

5.4.2估算腾发量的理论方法187

5.4.3估算腾发量的经验方法201

5.4.4根据潜在腾发量估算实际腾发量204

5.5 腾发条件下土壤水动力学模拟205

5.5.1恒温条件下土壤水分运动的模拟206

5.5.2非恒温条件下土壤中水热运移的模拟214

第六章土壤水分运动参数的测定220

6.1概述220

6.2.1 土壤含水率测定方法简述223

6.2土壤水分特征曲线的测定223

6.2.2 土壤水分特征曲线的测定方法224

6.3水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水扩散率231

6.3.1 测定原理231

6.3.2测定方法和算例232

6.4非饱和土壤导水率的测定236

6.4.1瞬时剖面法236

6.4.2垂直下渗通量法239

6.4.3垂直土柱稳定蒸发法241

6.5测定非饱和土壤水分运动参数的出流法242

6.4.4 由已知的水分特征曲线和扩散率计算K(θ)242

6.5.1 出流公式243

6.5.2 忽略多孔板阻抗的Gardner方法248

6.5.3考虑多孔板阻抗的Rijtema方法250

6.5.4渐变变压出流法253

6.5.5 出流法应用小结256

6.6土壤水分运动参数的田间测定257

6.6.1 稳定土壤含水率剖面法257

6.6.2 田间垂直入渗试验法258

6.6.3现场定位观测法261

第七章 土壤水分运动的数值计算方法264

7.1概述264

7.2一维土壤水分运动问题的差分解法267

7.2.1差分概念267

7.2.2一维非饱和流动问题的差分方程269

7.2.3线性化方法与土壤水分运动参数的取值275

7.2.4数值计算的收敛性和稳定性问题280

7.3田间土壤水分运动问题的数值模拟282

7.3.1 田间均质土壤一维非饱和流动问题的数值模拟283

7.3.2一维饱和－非饱和土壤水分运动问题的数值模拟290

7.3.3二维非饱和土壤水分运动问题的数值模拟299

7.4土壤中溶质运移问题的数值模拟304

7.4.1 一维非饱和土壤中溶质运移的数学模型304

7.4.2溶质运移问题的差分方程305

7.4.3 算例310

7.5冻融条件下土壤中水热耦合运移问题的数值模拟313

7.5.1一维土壤水热耦合运移问题的数学模型与差分方程314

7.5.2算例317

第八章 土壤特性空间变异性与土壤水分运动问题的标定8.1概述321

8.2.1土壤特性空间变异性的经典统计分析323

8.2.2合理取样数目的确定326

8.3 土壤特性的空间结构与Kriging内插法330

8.3.1土壤特性空间分布的自相关分析331

8.2 土壤特性空间变异性的表示与取样数目332

8.3.2土壤特性空间分布的半方差分析334

8.3.3 Kriging最优内插法337

8.4.1土壤水基质势ψm的标定341

8.4 田间土壤水分特征曲线与导水率的标定341

8.4.2 田间土壤水分特征曲线的标定343

8.4.3田间非饱和土壤导水率的标定351

8.4.4 田间非饱和土壤导水率函数的标定353

8.5土壤水分入渗的空间分布360

8.5.1 土壤水分垂直入渗基本方程的标定与含水率的空间分布360

8.5.2 Philip入渗方程的标定与入渗量的空间分布366

各章主要符号索引377

参考文献391