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《swd5土壤溶質(zhì)運(yùn)移》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、土壤水動力學(xué)(SoilWaterDynamics)第5章土壤溶質(zhì)運(yùn)移(SoilSoluteTransport)尚松浩清華大學(xué)水利水電工程系水文水資源研究所Email:shangsh@mail.tsinghua.edu.cn第5章土壤溶質(zhì)運(yùn)移土壤溶質(zhì)運(yùn)移及其基本方程土壤溶質(zhì)運(yùn)移的其它分析方法土壤溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)值模擬參考文獻(xiàn)：李韻珠，李保國.土壤溶質(zhì)運(yùn)移.北京：科學(xué)出版社,19985.1土壤溶質(zhì)運(yùn)移及其基本方程土壤溶質(zhì)土壤溶質(zhì)運(yùn)移的對流與彌散溶質(zhì)運(yùn)移的對流－彌散方程土壤中溶質(zhì)運(yùn)移與水分運(yùn)動的關(guān)系5.1.1土壤溶
2、質(zhì)土壤液相是包含各種溶質(zhì)的水溶液有機(jī)溶質(zhì)：可溶性有機(jī)物：氨基酸、腐殖酸、糖類、有機(jī)－金屬離子絡(luò)合物有機(jī)污染物：酚類、苯胺類、硝基苯類、有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、阿特拉津、丙烯腈和丙烯醛…無機(jī)溶質(zhì)：八大離子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-其它微量離子：Fe3+、Cu2+…無機(jī)污染物：鉛、鎬、汞等重金屬元素；氟、砷和硒等非金屬元素；無機(jī)氮溶質(zhì)形態(tài)：離子態(tài)、水合態(tài)、絡(luò)合態(tài)土壤溶液中溶質(zhì)的來源：自然來源：降水帶入的可溶鹽：濱海地區(qū)，火山噴發(fā)，工業(yè)廢氣土壤基質(zhì)中鹽分溶解土
3、壤生物活動：游離的氨基酸、糖類等可溶性有機(jī)物地下水中的鹽分隨潛水蒸發(fā)的遷移人工來源：灌溉、排污、農(nóng)藥及化肥的施用…土壤溶液的性質(zhì)：濃度與活度：濃度:質(zhì)量濃度(kg/m3)、摩爾濃度(mol/m3)…離子活度：實(shí)際溶液中離子的有效濃度或熱力學(xué)濃度離子強(qiáng)度：導(dǎo)電性酸堿性氧化還原性土壤溶質(zhì)的物理、化學(xué)、生物變化過程：溶解與沉降吸附與交換水解與絡(luò)合氧化還原生物化學(xué)過程：有機(jī)質(zhì)分解，氮素轉(zhuǎn)化…土壤溶質(zhì)的運(yùn)移對流——隨土壤水分運(yùn)動的運(yùn)移擴(kuò)散——土壤溶液濃度梯度所引起的溶質(zhì)運(yùn)移彌散——土壤孔隙中水的微觀流速的不均勻性所
4、產(chǎn)生的運(yùn)移土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究的意義土壤鹽堿化發(fā)生規(guī)律與防治土壤污染——糧食、生態(tài)地下水污染5.1.2土壤溶質(zhì)運(yùn)移機(jī)理——對流、分子擴(kuò)散與機(jī)械彌散對流(Convection)：溶質(zhì)隨土壤水分的運(yùn)動而運(yùn)移溶質(zhì)對流通量：Jc=qc=vθcq：土壤水通量c：土壤水溶液的質(zhì)量濃度v=q/θ：土壤水溶液的平均孔隙流速對流作用下溶質(zhì)的穿透時(shí)間：tL=L/v=Lθ/q分子擴(kuò)散(Moleculardiffusion)：不同濃度的溶質(zhì)間在濃度梯度的作用下產(chǎn)生的質(zhì)量交換原因：分子不規(guī)則熱運(yùn)動（布朗運(yùn)動）趨勢：高濃度→低濃度溶質(zhì)的
5、分子擴(kuò)散符合Fick第一定律：自由水溶液：土壤水溶液：Jd——分子擴(kuò)散通量；Ds——擴(kuò)散系數(shù)溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Ds：隨土壤含水率的減小Ds(θ)=D0θαDs(θ)=D0aexp(bθ)b=10,a=0.001~0.005機(jī)械彌散(mechanicaldispersion)：又稱對流彌散(convectiondispersion)，由于土壤水流和土壤孔隙結(jié)構(gòu)相互作用使溶質(zhì)在土壤孔隙中運(yùn)移和分散的過程產(chǎn)生原因：土壤孔隙不均勻，流速方向和大小不同，使得溶質(zhì)在水流運(yùn)動中分散溶質(zhì)的機(jī)械彌散通量：機(jī)械彌散系數(shù)Dh(v)：
6、Dh(v)=λ
7、v
8、經(jīng)驗(yàn)常數(shù)λ與土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)有關(guān)機(jī)械彌散系數(shù)還與空間尺度有關(guān)水動力彌散(hydrodynamicdispersion)：綜合考慮分子擴(kuò)散與機(jī)械彌散溶質(zhì)的水動力彌散通量：水動力彌散系數(shù)(綜合擴(kuò)散－彌散系數(shù))：Dsh(v,θ)當(dāng)土壤水流速度較大時(shí)，機(jī)械彌散作用超過擴(kuò)散作用；土壤溶液靜止時(shí)，只有分子擴(kuò)散作用溶質(zhì)的混合置換：置換流體(Displacingfluid)被置換流體(Displacedfluid)穿透曲線(BTC:Breakthroughcurve)5.1.3溶質(zhì)運(yùn)移的對流－彌散方程土
9、壤溶質(zhì)通量：溶質(zhì)運(yùn)移連續(xù)方程(一維，不考慮源匯項(xiàng))一維溶質(zhì)運(yùn)移方程：根據(jù)水流連續(xù)方程：對流－彌散方程：CDE穩(wěn)定流情況下：土壤含水率θ、水流通量q、平均孔隙流速v均為常數(shù)，Dsh(v,θ)為常數(shù)，CDE簡化為線性PDE，在一些簡單情況下可以求出解析解：考慮源匯項(xiàng)：Sc——單位時(shí)間、單位體積土壤中由于化學(xué)、生物作用所生成（消失減少）的溶質(zhì)質(zhì)量考慮溶質(zhì)的動態(tài)儲存(沉淀與溶解)：流動區(qū)、非流動區(qū)雙區(qū)模型：θm、θim—土壤水流動區(qū)和非流動區(qū)的含水率cm、cim—土壤水流動區(qū)和非流動區(qū)的溶質(zhì)濃度vm—土壤水流動區(qū)
10、的平均孔隙流速流動區(qū)和非流動區(qū)之間溶質(zhì)遷移：β——質(zhì)量遷移系數(shù)5.1.4土壤溶質(zhì)運(yùn)移與水分運(yùn)動的關(guān)系土壤水分運(yùn)動對溶質(zhì)運(yùn)移的影響水流通量q影響溶質(zhì)對流土壤含水率θ、水流通量q（土壤平均孔隙流速v=q/θ）影響溶質(zhì)的水動力彌散土壤溶質(zhì)的源匯項(xiàng)、動態(tài)儲存一般與θ有關(guān)溶質(zhì)對土壤水分運(yùn)動的影響溶質(zhì)勢：ψs=-cRT/(ρwgM)水流通量：f0——選擇系數(shù)：＝1：完全選擇，溶質(zhì)不能通過(半透膜)；＝0：溶質(zhì)能通過，溶質(zhì)勢對水流無影響粘土
