非稳定流条件下非饱和均质土壤溶质运移的传递函数解

根据溶质运移的传递函数模型Tromsfer Function Model, TFM理论，研究了非稳定流条件下非饱和均质土壤中表施和原有NO-3 N及原有Cl-的运移。由极大似然法估算了模型参数μ和σ2，求出了溶质运移的概率密度函数，计算了NO-3 -N的淋失量，并利用土壤中原有Cl-的动态，对NO-3 N的迁移过程进行了模拟，同时还估算了溶质的中值迁移时间tm和均值迁移时间相应的运移体积θst和θst。     

考虑残留氮对非稳定流场硝态氮淋失贡献的传递函数模型Ⅰ.地中渗透计验证

本文通过引入溶质迁移距离的概率密度函数的修正系数，将Jury等提出的模拟非稳定流条件下土壤保守溶质运移的传递函数模型理论扩展到考虑土壤剖面存在残留氮分布的土壤中，构造了一个能估算表施和残留氮对土壤硝态氮淋失动态贡献的传递函数模型。通过与野外地中渗透计实验资料的对比，表明该模型具有一定的仿真精度，模拟的土壤硝态氮累积淋失量的相对误差小于15％。     

考虑残留氮对非稳定流场硝态氮淋失贡献的传递函数模型

本文通过引入溶质迁移距离的概率密度函数的修正系数，将Jury等提出的模拟非稳定流条件下土壤保守溶质运移的传递函数模型理论扩展到考虑土壤剖面存在残留氮分布的土壤中，构造了一个能估算表施和残留氮对土壤硝态氮淋失动态贡献的传递函数模型。通过与野外地中渗透计实验资料的对比，表明该模型具有一定的仿真精度，模拟的土壤硝态氮累积淋失量的相对误差小于15%。     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅰ

将土壤ＮＨ４＋和ＮＯ３－视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤氮素运移的数值模拟模型模型中考虑了矿化、生物因持－释放、土壤氨挥发、硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中．各转化参数均需用土壤温度和湿度进行修正，所建模型为土壤水、热和氮素联合模拟模型．对联合模型中水盐运动模块用经典试验作了检验     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型I

将土壤ＮＨ＾＋４和ＮＯ＾－３视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述地土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤运移的数值模拟模型，模型中考虑了矿化，生物固持－释放，土壤氨挥发，硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中，各转化参数均需用土壤温度和湿度作了进行修正，所建模型为土壤水，热和氮素联合模拟模型，对联合模型中水盐运动模块用经典经验作了检验。     

考虑残留氮对非稳定流场硝态氮淋失贡献的传递函数模型Ⅱ.农田应用

应用田间冬小麦-夏玉米生长条件下土壤硝态氮淋失动态的试验资料，对所提出的可估计表施和残留氮对土壤非稳定流场中硝态氮淋失贡献的传递函数模型进行了检验。首先，对所选定的农田中的两个土壤剖面，估算了硝态氮和氯离子的中值与均值迁移时间，然后，利用我们的模型，使用其中一个土壤剖面标定硝态氮和氯离子运移的概率密度函数的参数，接着，应用标定后的传递函数模型，模拟了另一个土壤剖面的硝态氮淋失浓度和累积淋失量动态，并分别估算了表施和残留氮占硝态氮总淋失量的分数。结果表明：提出的传递函数模型在农田条件下对土壤硝态氮累积淋失量模拟的相对误差为14．89％。     

考虑残留氮对非稳定流场硝态氮淋失贡献的传递函数模型Ⅱ农田应用

应用田间冬小麦-夏玉米生长条件下土壤硝态氮淋失动态的试验资料，对所提出的可估计表施和残留氮对土壤非稳定流场中硝态氮淋失贡献的传递函数模型进行了检验。首先，对所选定的农田中的两个土壤剖面，估算了硝态氮和氯离子的中值与均值迁移时间，然后，利用我们的模型，使用其中一个土壤剖面标定硝态氮和氯离子运移的概率密度函数的参数，接着，应用标定后的传递函数模型，模拟了另一个土壤剖面的硝态氮淋失浓度和累积淋失量动态，并分别估算了表施和残留氮占硝态氮总淋失量的分数。结果表明：提出的传递函数模型在农田条件下对土壤硝态氮累积淋失量模拟的相对误差为14.89%。     

作物生长与土壤水氮运移联合模拟的研究Ⅰ——模型

在前人研究成果的基础上，构建了土壤-作物系统农田水氮运移及作物生长联合模拟模型SPWS。模型中，采用了FAO的气象模型来完成参考作物潜在蒸散的计算，直接引用美国HYDRUS1D模型来完成土壤水热运移的数值模拟，并利用改进的溶质运移方程来实现土壤氮素迁移转化的模拟，利用改进的荷兰PS123模型实现了作物生长发育进程、干物质生产、干物质分配及光温条件下作物产量的模拟。通过对叶面积指数、根系吸水的模拟，得到了水分限制下的作物产量；通过对作物需氮量、土壤供氮量及作物实际吸氮量的模拟，得到了水氮限制下的作物产量。     

NO-2-N、MLSS对反硝化脱氮除磷的影响

通过对实验室培养的富集反硝化聚磷菌活性污泥在不同电子受体条件、不同MLSS条件下进行缺氧批式试验,研究了NO-2-N作为电子受体时对反硝化脱氮除磷的影响,并与NO-3-N作为电子受体时进行比较。同时分析了MLSS对反硝化脱氮除磷的影响。结果表明:NO-2-N可作为电子受体被DPAOs利用,但是过量的NO-2-N会对吸磷产生抑制作用;NO-2-N作为电子受体可能同时参与了反硝化除磷和常规的内源反硝化。此外,增加活性污泥浓度(MLSS)可提高缺氧吸磷速率,但过高的污泥浓度会导致单位污泥的吸磷速率降低,因此需合理控制反硝化除磷中的MLSS。     

冬小麦生长条件下土壤氮素运移动态的数值模拟

将土壤溶质运移理论和土壤微生物化学、植物生理学有机地结合起来,建立了农田土壤氮素运移、转化与吸收的综合数学模型。运用该模型对中德合作项目试验田1999～2000年冬小麦优化施肥与传统灌溉和优化施肥与优化灌溉两小区的土壤水分和氮素运移动态及干物质产量进行了模拟。模拟结果与实测数据吻合较好。两小区土壤剖面埋深165cm处硝态氮淋失量的计算结果表明：与传统灌溉方式相比,优化灌溉方式的土壤硝态氮的淋失量明显减少。用验证后的数学模型在计算机上进行了几种不同灌溉方案下土壤水氮运移动态及干物质产量变化的数值试验,结果表明：在喷灌条件下,冬小麦以每l0d灌溉一次,每次20mm水量的灌溉方式较优。     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟Ⅱ：模型率定及验证

摘要：利用冬小麦扬花水畦灌施肥试验数据,对构建的畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型进行率定,基于冬小麦返青水田间试验数据,对该集成模型在不同畦灌施肥模式下模拟的地表水流推进时间、沿畦长土壤体积含水率和硝态氮浓度、畦灌施肥系统性能评价指标值等进行验证。结果表明,模拟结果与田间实测数据的相对误差值和平均相对误差值均小于相应的控制误差,构建的集成模型可用于模拟预测不同畦灌施肥模式下地表和非饱和土壤水流溶质运移转化过程及分布状况,为开展畦灌施肥系统优化设计和性能评价提供了有效的数值模拟工具。     

不同施氮量对小麦、玉米产量和土壤养分分布的影响

在河北省中西部黄壁庄水库上游流域,通过田间试验,分析不同施氮量对该区小麦和玉米产量、氮肥偏生产力、农户纯收益和土壤中氮素累积的影响,以期为该区农业的施肥管理和防治农业非点源污染的技术策略提供科学依据。试验结果表明,中肥施氮水平,冬小麦产量和农户收益最高。不同施氮水平对夏玉米产量影响差异不显著。高肥水平,春玉米产量和农户收益最高。在冬小麦和夏玉米轮作农田,硝态氮在90cm土层出现累积。在春玉米农田,硝态氮在50cm土层出现累积。另外,随着施氮量的提高,100cm土体硝态氮储量在2010年和2011年间出现盈余。综合分析试验结果,在该区合理灌溉的前提下,冬小麦合理施氮量为225kg/hm2左右,夏玉米合理施氮量为180kg/hm2左右,春玉米合理施氮量为225kg/hm2左右。     

利用精确的田间实验资料对几个常用根系吸水模型的评价与改进

本文利用大型蒸渗仪测得的作物腾发量、中子水分仪观测的土壤水分和准确测定的根系密度分布资料，对常用的几个宏观的权重因子类的根系吸水模型-Molz-Remson(1970)模型，Feddes(1978)模型，Selim-Iskan-dar(1978)模型以及作者对上述模型进行修正所得的几个根系吸水模型进行了验证和评价；利用修正的Feddes模型的计算结果对根系从不同土层吸水的分布进行了分析。结果表明，Molz-Remson(1970)模型、Feddes模型以及Selim-Iskandar模型模拟根系吸水所得的土壤水分剖面与实测值之间存在比较严重的偏差；利用Feddes模型中的土壤水势影响函数(Feddes reduction function)对Molz-Remson模型和Selim-Iskandar模型进行修正后结果没有得到改善；利用根系密度函数对Feddes模型进行修正后，计算结果与实测值吻合很好，总体偏差由修正前的24.7%降低为5.7%.     

滴灌施肥灌溉的水氮运移数学模拟及试验验证

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程，建立了不同土壤中地表滴灌施硝酸铵（NH4NO3）时水分和硝态氮运移的数学模型及边界条件。利用商业化软件HYDRUS-2D对模型进行了求解。为了验证所建立的模型，分别在壤土和砂土两种土壤上进行了不同滴头流量、灌水量和肥液浓度下的湿润距离、土壤含水率和硝态氮分布试验。模拟结果与试验数据的对比表明，利用HYDRUS-2D求解所建立的模型得到的湿润距离随时问的变化过程、土壤含水率和硝态氮分布与实测值吻合良好。因此，HYDRUS-2D软件可以作为预测滴灌施肥灌溉条件下水分和氮素在土壤中运移的有效工具。     

在井流影响下的对流－弥散问题研究

本文针对在对流一弥散问题的数值计算中，井点附近容易出现不合理的现象，从理论上推导出井流项（源汇项）在对流一弥散方程中的具体表达式，探讨了问题出现的原因，并提出了求解对流一弥散问题的４种计算方案．最后通过一个算例，验证了本文处理源汇项的可行性，并对４个计算方案进行了比较．计算结果表明，在实际应用中，可以忽略弹性储（释）水对溶质运移的影响，也可把注水井作为浓度第一类边界处理，经这样处理后所引入的误差不超过０．５％．     

基于改进遥感蒸散模型的西南地表蒸散研究

基于卫星遥感资料以及气象站点数据,利用基于地表净辐射、植被指数、月平均气温和月温差的混合型线性双源遥感蒸散模型估算了我国西南地区地表蒸散量,并与MODIS数据作对比验证。结果表明:改进后的遥感蒸散模型估算的蒸散值与MODIS监测的值具有很好相关性,其模拟精度依次为:秋季冬季夏季春季。利用改进后的模型研究了西南地表蒸散,发现近20 a来该地区实际蒸散呈现明显的增加趋势,春、夏两季蒸散量较大,占全年总量的62.3%,春季由东南向西北递减,广西大部分地区以及云南南部实际蒸散量较大,而川西则较小;夏季与秋季呈现由东向西递减的趋势,由广西、贵州、重庆向云南和四川递减;冬季则呈现由南向北递减的规律。     

山西柳林泉局部区域溶质运移二维数值模拟

本文建立了用于描述柳林泉域地下水中氯离子运移行为的局部区域二维可混溶溶质运移模型。模型考虑了地下水中溶解盐分浓度变化引起的地下水密度的改变，及其导致的地下水水头的变化。该模型计算值与观测资料基本一致，说明所建模型可以用于实际。据此用所建模型预报了柳林电厂水源地投入使用后对区域地下水位和水质的影响。     

A CONSERVATIVE COUPLED FLOW/TRANSPORT MODEL WITH ZERO MASS ERROR

A fully conservative form applied to a coupled system of two-dimensional water flow and solute motion is presented. A cell-centred finite volume method based on Roe's approximate Riemann solver with unstructured grids is formulated. The bed slope source terms are discretized following an upwind approach and a semi-implicit treatment is used for the friction source terms. The centered discretization of the diffusion terms is in an implicit way. It is shown that this numerical technique reproduces almost exactly the steady state of still water and enables to achieve zero numerical errors in unsteady flow over configurations with strong variations on bed slope. The model ensures a global conservation and positive values of both water level and solute concentration. Numerical results show the effectiveness of the model in solute transport over real complex geometries.