土壤水动力学考题以及答案doc(3)

（4）土壤溶液提取器法

土壤溶液提取器形状与张力计相似，由陶土头和塑料管组成。埋入土中一定深度。抽取土壤溶液时，可用抽气减压方法造成提取器内的负压状况，使土壤溶液通过多孔陶土头的孔隙进入提取器，然后再将溶液由提取器内抽出。此法优点为能定位获得不同层次的土壤溶液，方法简单。缺点是只能获得较低吸力范围（0.08Mpa以内）的土壤溶液，当含水量低时无法获得。但在灌溉农业的一般田间湿度下基本上可以抽取得到土壤溶液。此外，土壤溶液的空间变异性、提取时的速率以及陶土头壁对离子的吸附和筛选作用等都会影响土壤溶液组成和浓度。

7.推导土壤溶质运移的一维基本方程P131～133

溶质的对流通量可由（1）式求得：

Jc?q?C （1）

溶质的水动力弥散通量可由（2）式求得

Jsh???DdC （2） dx土壤溶质运移是对流和水动力弥散（机械弥散和扩散）作用的结果，可将（1）和（2）两式合并得出，即：

dc?qc （3a） dxdc或 J???D?v?C （3b）

dxJ???D式中J为溶质通量，mol?m?2s?1。

（3）式为浓度和通量不变情况下的方程。但在自然界往往是不存在的，一般情况下都是瞬态过程，即浓度和溶质通量随时间而变化，

应按质量守恒定律列出连续方程。

把土壤三维空间内一单元六面体定义为一单元容积土壤体，其边长各为?x、?y、?z。在?t时段内，该单元体的溶质量的差等于?t时段内该单元体内溶质质量的变化。

令进入ABCD面的溶质通量为Jx，那么?t时段由进入ABCD面的溶质量为：

Mx?Jx??y??z??t （4）

流出A'B'C'D'面的溶质通量为，

Jx'?Jx??Jx?x （5） ?x?t时段内流出A'B'C'D'的溶质量为：

?J??Mx'??Jx?x?x???y??z??t （6）

?x??在?t时段内沿x轴方向的溶质流入与流出单元体的溶质量差值为

?Mx?Jx??y??z??t?(Jx??J??x?x??y??z??t?x?Jx?x)??y??z??t?x （7）

在?t时段内沿y轴和z轴方向的溶质流入与流出量之差与上式形式相同，各为

?My???Jy?y?x??y??z??t （8）

?Mz???Jz?x??y??z??t （9） ?z所以在x、y、z三个方向上溶质流入量和流出量的总差值M应为：

?Jx?Jy?Jz?M??(??)?x??y??z??t （10）

?x?y?z在?t时段内，该单元体中溶质量的变化应为

?(?C)?x??y??z??t ?t根据质量守恒定律原理，流入与流出单元体中的溶质量的差值应等于?t时段内该单位中溶质量的变化。

即

?Jx?Jy?Jz?(?C)?x??y??z??t??(??)?x??y??z??t （11） ?t?x?y?z（11）式两边除?x?y?z?t得：

?Jx?Jy?Jz?(?C)??(??) （12） ?t?x?y?z如用爱因斯坦求和约定表示，可记为

?J?(?C)??(i) （13） ?t?xi在一维情况下：

?J?(?C)??(x) （14） ?t?x将（3）式代入（14）式可得：

?(?C)??C?(qC)?(?D)? （15） ?t?x?x?x（15）式即为土壤溶质运移一维基本方程

8.写出应用土壤溶质运移模型和土壤水分运移模型联合求解土壤溶质运移问题的步骤？P131～148

一个完整的土壤溶质运移模型，除了基本的土壤溶质运移方程与定解条件外，还必须包含有土壤水分运动方程。

不考虑源汇情况下，以总水势为因变量，土壤水分运动方程在三维直角坐标系中为：

C???????????????????? （1） ??????K????K??K????z???t?x??x??y?y?z?????在实际情况下，一般土壤水分运动仅考虑基质势与重力势的作用，在均质情形下此时可以含水量?为因变量，其方程为：

??????????????????K??? （2） ??Dw??????Dw??????Dw??????t?x??x??y??y??z??z??z如仅考虑基质势与重力势的作用，在一维情形下，（1）式（2）式可简化为

垂直方向：

C?????????? （3） ??K?????t?z??z?均质情形下，也可写成：

????????K??? （4） ??Dw??????t?z??z??z水平方向：

C?????m???????K???m? （5） ?t?x??x?同理在均质情形下，也可写成：

?????????Dw???? （6） ?t?z??z?方程（3）式至（6）式是模拟计算土壤水分运动，测定土壤水分运动参数K，Dw常用的基本方程。

同样，土壤水分运动方程加上相应的定解条件（初边值条件），

才能形成可求解完整的土壤水分运动模型。

在土壤溶质运移方程中，要求已知q和v以及含水量?，那么求解土壤水分运动模型，可求出这些变量。其中q或v据达西定律可得：

沿任一方向通量：

qxi??K????? （7） ?xivxi?qxi???K????? （8） ???xi如沿z方向，且仅考虑基质势和重力势则：

????qz??K????m?1? （9）

??z?vz??K??????m??1? （10）

???z??从土壤水分运动原理上讲，其运动受总水势即基质势（压力势）、重力势、溶质势、温度势的控制。在实际一般情况下，土壤水分运动过程中，如温差不大（或没有相变发生），温度势的作用可以忽略，对于溶质势，它正是由于土壤溶质在水中的存在而引起的。如记溶质势为?s，则

?s??CRTK （11） ?wg?式中，?s为单位重量土壤水分的溶质势，单位cm；?w为水溶液的密度；g为重力加速度；Tk为绝对温度；R为气体常数；C为溶液浓度；?为常数。

从（11）式可知，当C发生变化，?s相应发生变化，这也就是说在土壤溶质运移过程中，浓度C的变化，也会影响总水势的变化。幸

运的是从理论上讲，只有当存在半透膜时，?s的梯度才会影响土壤水分的流动，而实际情况是，土壤中不存在半透膜，即是粘土层具有一定半透膜的作用，但其影响至少也低于一个数量级以上，如此，?s对土壤水分的运动的影响可以忽略。

但是在土壤溶质运移过程中，某些溶质如Na+，其浓度变化，会影响到土壤的导水率，在考虑钠质土或碱土中溶质的运移过程中，这种作用不可忽略。即必须考虑溶质浓度的变化对土壤水分运动参数的影响（Bresler，et al.，1982）。

综上所述，从理论上讲，田间土壤水分运动和溶质运移是相互联系和影响的。严格来说，溶质运移的计算需要耦合两个过程，联解两个微分方程，而就目前水平而言，这种联系求解是极其复杂和困难的。而在实践中，大多数情况下，土壤中的水分运动不受土壤溶质运移过程的影响，如此水分运动方程就可写成（1）式至（6）式的形式，进行独立求解，根据（7）式至（10）式的关系求得水分通量和含水率，这样就可对溶质运移方程和下式进行求解。

?C???C???viC??? ?D?ij???t?xi??xi??xiP138-P141

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