土壤水动力学模型及在SPAC系统建模中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨德军 等 著

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• 土壤水动力学
• SPAC系统
• 建模
• 水文模型
• 农业水利
• 土壤物理
• 数值模拟
• 植物需水
• 生态水文
• 水分传输

出版社： 浙江大学出版社

ISBN：9787308092746

版次：1

商品编码：10883123

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-11-01

页数：154

正文语种：中文

编辑推荐

　　 《土壤水动力学模型及在SPAC系统建模中的应用》的主要内容来自作者的博士论文《基于SPAC系统的土壤水动力学模型研究》和近几年来的研究成果。本书从介绍土壤水动力学的一些基本概念着手；在参阅了大量国内外文献的基础上，详细地分析和总结了可用于模拟裸地蒸发和人渗的各种计算模型；阐述了用于求解SPAC系统土壤水动力过程的有限元模型和步骤；最后，介绍了作者几年来的研究成果，即积分型的Richards方程求解模型的研究及应用，和对研发的水肥决策系统EU-ROTATE_N模型的改进。

内容简介

　　 《土壤水动力学模型及在SPAC系统建模中的应用》以作者在浙江大学攻读博士期间、英国华威大学联合培养博士研究生期间及中国矿业大学工作期间所做的研究为基础撰写而成，主要介绍了土壤-植物-大气系统土壤水动力学模型及在建模中的应用。全书共8章，第1章主要介绍了本书的研究背景与意义和研究历史与现状；第2、3、4章分别介绍了土壤水动力学基本理论、裸地条件下蒸发模型理论和人渗模型理论及应用研究；第5、6章分别论述了土壤-植物-大气系统土壤水动力学有限元模型和积分型的Richards方程求解模型；第7、8章分别论述了土壤-植物-大气系统水肥优化使用决策支持系统和EU-ROTATE_N决策支持系统的发展和实例验证。为描述方便，本书作如下约定：SPAC系统（Soil-Plant-Atmosphere Continuum）指的是土壤-植物-大气系统。
　　 《土壤水动力学模型及在SPAC系统建模中的应用》可供土壤学、地学、水利工程、土木工程、农学和生态环境等相关领域的科技人员和高校教师、研究生参考。

目录

第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 我国水资源现状和节水农业
1.1.2 我国农业环境污染现状
1.2 研究历史与现状
1.2.1 土壤水动力学模型研究
1.2.2 污染物迁移动力学研究
1.2.3 植物根系模型研究
1.2.4 农田水利模型研究
1.2.5 基于模型的水肥优化管理研究
1.2.6 基于模型的氮污染风险评价技术研究
1.2.7 土壤水动力学及污染物运移模拟数值方法研究

第2章 土壤水动力学基本理论
2.1 土壤水动力学概述
2.2 土壤一植物一大气连续体基本概念
2.3 土壤水动力参数
2.3.1 土壤水势
2.3.2 土壤水分特征曲线
2.3.3 土壤水分运动参数
2.4 土壤物理常数
2.5 直角坐标系土壤水分运动基本方程
2.6 直角坐标系一维土壤水分运动方程的不同形式
2.7 直角坐标系一维土壤水分运动方程的定解条件
2.8 蒸发和人渗边界条件的基本理论
2.9 根系吸水模型
2.10 土壤质地
2.10.1 土壤质地分类
2.10.2 土壤质地对土壤生产性能的影响

第3章 裸地条件下蒸发模型理论
3.1 引言
3.2 表土蒸发模型理论
3.2.1 形成千土层前的表土蒸发过程
3.2.2 土壤水非稳定蒸发的解析解
3.2.3 形成干土层后的表土蒸发过程
3.2.4 现阶段表土蒸发模型
3.3 潜水蒸发模型理论
3.3.1 一维均质土潜水蒸发时的土壤水稳定运动
3.3.2 一维均质土潜水蒸发时，最大潜水蒸发强度的统一计算式
3.3.3 一维均质土潜水稳定蒸发的求解
3.3.4 一维非均质土潜水蒸发时土壤水稳定运动
3.3.5 潜水蒸发的经验公式
3.4 本章小结

第4章 裸地条件下入渗模型理论及应用研究
4.1 引言
4.2 裸地条件下入渗模型理论
4.2.1 经验性入渗模型
4.2.2 机理性入渗模型
4.2.3 入渗过程的非均匀流研究
4.3 入渗模型数值试验研究
4.3.1 分层土体入渗响应数值试验研究
4.3.2 积水条件下入渗响应数值试验研究
4.4 本章小结

第5章 土壤-植物-大气系统土壤水动力学有限元模型
5.1 引言
5.2 基于SWMS_2D模型的有限元基本理论
5.2.1 二维土壤水分运动方程
5.2.2 初始条件和边界条件
5.2.3 有限元数值解法
5.2.4 SWMS 2D模型程序组成
5.3 基于动态根系生长的土壤水动力学有限元模型
5.4 实例验证
5.4.1 实例说明
5.4.2 模型验证
5.5 本章小结

第6章 裸地条件下土壤水动力学IRE模型
6.1 引言
6.2 裸地条件下的IRE方法基本原理
6.3 裸地条件下改进的IRE土壤水动力学模型
6.4 实例验证
6.4.1 实例一
6.4.2 实例二
6.4.3 结论
6.5 FEM与IRE的土体蒸发响应模拟研究
6.5.1 实例介绍
6.5.2 分项结果
6.5.3 综合结果
6.5.4 结论
6.6 本章小结

第7章 土壤-植物-大气系统水肥优化使用决策支持系统
7.1 引言
7.2 EU-ROTATE_N决策支持系统
7.2.1 模型和架构
7.2.2 水模块基本理论
7.3 N_ABLE动力学模型
7.3.1 作物需求量计算模块
7.3.2 根生长与分布模块
7.3.3 作物氮吸收模块
7.3.4 N ABLE模型计算流程图
7.4 Daisy模型
7.5 NPK综合动力学模型
7.5.1 磷动力学模型
7.5.2 钾动力学模型
7.6 本章小结

第8章 EU-ROTATE_N决策支持系统的发展和实例验证
8.1 引言
8.2 EU-ROTATE_N决策支持系统水模块的改进
8.2.1 实际入渗量或蒸发量计算
8.2.2 实际蒸腾量计算
8.2.3 IR正方法
8.3 实例验证
8.3.1 实例说明
8.3.2 模型验证
8.4 SMCR_N模型
8.5 实例验证
8.5.1 实验介绍
8.5.2 输入数据
8.5.3 结果及讨论
8.6 本章小结
参考文献

前言/序言

土壤水动力学模型及在SPAC系统建模中的应用 图书简介 本书深入探讨了土壤水动力学模型及其在土壤-植物-大气连续体（SPAC）系统建模中的关键作用。全书围绕土壤中水分的运动规律、影响因素，以及如何通过数学模型来精确描述和预测这些过程展开，并重点阐述了这些模型在理解和模拟SPAC系统能量和物质交换过程中的重要价值。 第一部分：土壤水动力学模型基础 本部分为读者构建了坚实的土壤水动力学模型理论基础。 第一章：土壤水分特征与物理性质 土壤质地与结构： 详细阐述了土壤颗粒大小分布（质地）和颗粒聚集状态（结构）对土壤孔隙度、渗透性和持水能力的影响。通过介绍砂土、壤土、粘土等不同质地的典型水分特征曲线，说明其在水分入渗、滞留和蒸发过程中的差异。 土壤孔隙系统： 深入分析了土壤中大孔隙、微孔隙和生物孔隙的形态、大小和连通性。解释了不同孔隙对水分运动（重力水、毛管水、吸着水）的控制机制，以及这些孔隙在雨水快速下渗、土壤持水以及根系吸水中的不同作用。 土壤含水量指标： 定义并区分了饱和含水量、田间持水量、萎蔫系数、永久萎蔫点等关键含水量指标。解释了这些指标的测定方法及其在评估土壤水分有效性、灌溉管理和作物抗旱性方面的意义。 土壤水势概念： 详细阐述了总水势、基质势、重力势、溶质势和压力势的概念。通过数学公式和图示，直观展示了水势梯度驱动水分运动的原理，并解释了土壤含水量与基质势之间的非线性关系，即土壤水分特征曲线。 土壤导水率： 定义并分析了土壤导水率，包括饱和导水率和非饱和导水率。阐述了影响导水率的关键因素，如土壤结构、含水量、温度和压实度，并介绍了测量方法。 第二章：土壤水分运动基本方程 达西定律： 详细推导了在饱和和非饱和状态下达西定律的适用性。解释了通过水势梯度驱动流体运动的物理基础，并引入了分层渗透的概念，以描述土壤剖面中不同土层的导水率差异对水分运动的影响。 Richards方程： 作为土壤水分运动的核心方程，Richards方程被详细推导并分析。方程的形式考虑了含水量随时间、空间的变化以及土壤导水率和水势之间的关系。详细解释了方程中各项的物理意义，包括含水率变化率、导水率、水势梯度，以及方程求解的难点和常用方法（如有限差分法、有限元法）。 水分运动的驱动力： 除了水势梯度，还探讨了其他可能的水分运动驱动力，如温度梯度（热扩散）、浓度梯度（溶质扩散）以及蒸发蒸腾作用产生的负压梯度。 第三章：土壤水分运动的数值模拟方法 离散化技术： 详细介绍了有限差分法和有限元法在求解Richards方程中的应用。通过图示和数学推导，展示了如何将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组，以及网格划分、边界条件和初始条件的重要性。 边界条件与初始条件： 强调了正确设置边界条件（如恒定水势边界、恒定流量边界、自由排水边界、雨水入渗边界）和初始条件（如初始含水量分布）对于模拟精度的关键作用。 模型验证与校准： 介绍了模型验证（与实测数据对比）和校准（调整模型参数以拟合实测数据）的流程和重要性。讨论了常用的统计指标，如均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）等，用于评估模型性能。 常用模型介绍： 简要介绍了一些广泛应用的土壤水动力学模型，如HYDRUS系列模型，并对其各自的特点和适用范围进行说明。 第二部分：SPAC系统建模 本部分将土壤水动力学模型置于SPAC系统框架下，探讨其在模拟能量和物质交换过程中的集成应用。 第四章：SPAC系统的组成与能量平衡 SPAC系统的基本构成： 详细描述了土壤（Soil）、植物（Plant）和大气（Atmosphere）这三个核心组成部分及其相互作用。 能量平衡方程： 推导了SPAC系统地表能量平衡方程，包括净辐射、感热通量、潜热通量、地表热通量等各个分量。解释了各能量分量如何驱动SPAC系统中的水分和热量交换。 辐射传输与吸收： 探讨了太阳辐射在植物冠层和土壤表面的吸收、反射和透射过程，以及不同地表覆盖物（如植被、土壤裸露）对辐射收支的影响。 第五章：SPAC系统中的水分传输过程 蒸腾作用： 详细解释了植物蒸腾作用的生理机制，包括气孔导度、蒸腾速率与环境因子（光照、CO₂浓度、湿度、温度）的关系。 土壤蒸发： 分析了土壤表面蒸发的驱动因素，如土壤含水量、太阳辐射、风速和空气湿度。区分了初期蒸发（受能量限制）和后期蒸发（受水分供给限制）的特点。 植物水分吸收： 阐述了植物根系吸收水分的过程，包括水分从土壤向根表传递，以及在植物体内向上输导的机制。介绍了根系分布和土壤水分梯度对根系吸水能力的影响。 SPAC系统水分通量耦合： 重点阐述了如何将土壤水分运动模型（Richards方程）与植物蒸腾模型以及土壤蒸发模型耦合起来，形成描述SPAC系统整体水分通量（包括入渗、下渗、蒸腾、蒸发、根系吸收）的综合模型。 第六章：SPAC系统中的能量传输过程 感热传输： 分析了土壤和植被表面与大气之间的感热交换过程，以及风速、温差等对感热通量的影响。 地表热通量： 探讨了土壤中热量的传播机制，包括热传导和热对流，以及其随深度和时间的变化。 SPAC系统能量通量耦合： 解释了土壤水动力学与能量传输过程之间的紧密联系。例如，土壤水分含量直接影响土壤的导热系数和比热容，从而影响地表温度和感热通量。蒸腾作用消耗大量的能量（潜热），从而影响地表温度。 第七章：SPAC系统建模在农业和环境应用中的实践 作物水分生产力模拟： 介绍了如何利用SPAC系统模型来模拟作物生长过程中的水分利用效率，评估不同灌溉策略对产量的影响。 干旱与水资源管理： 探讨了SPAC系统模型在预测区域干旱风险、评估水资源供需以及优化水资源分配中的应用。 土壤侵蚀与水土保持： 分析了模型如何模拟降雨入渗、地表径流产生，从而为水土保持措施的制定提供科学依据。 生态系统水文过程模拟： 扩展了SPAC系统模型在模拟森林、草地等不同生态系统水文过程的应用，以及其在气候变化影响评估中的作用。 区域尺度模拟： 讨论了将SPAC系统模型应用于更大尺度（如流域、区域）的挑战和方法，包括参数化、尺度扩展以及与遥感、GIS技术的集成。 第八章：SPAC系统建模的前沿与挑战 多尺度耦合： 探讨了SPAC系统模型在不同空间尺度（从土壤团聚体到全球）和时间尺度（从小时到年）上的耦合问题。 生物过程集成： 介绍了如何将更精细的植物生理过程（如光合作用、根系生长）和土壤生物过程（如微生物活动）集成到SPAC模型中。 数据同化技术： 阐述了如何利用遥感数据、地面观测数据等，通过数据同化技术来提高SPAC模型预测的准确性和可靠性。 不确定性分析： 讨论了模型参数、输入数据以及模型结构自身带来的不确定性，并介绍了不确定性量化和传播的方法。 未来发展方向： 展望了SPAC系统建模在智能化、高分辨率模拟、集成化平台构建等方面的未来发展趋势。 本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，理解土壤水动力学模型作为SPAC系统建模的基石，以及如何利用这些模型来解决现实世界中复杂的水文、农业和环境问题。

评分☆☆☆☆☆

从一个关注技术前沿的读者的角度来看，这本书的价值在于它对“系统集成”这一概念的深刻阐释。它不仅仅局限于描述土壤中的水分运动，而是将其置于一个更广阔的生态系统——SPAC（土壤-植物-大气连续体）——的框架内进行讨论。这种系统性的思维，反映了当代科学研究的主流趋势。书中对不同尺度模型耦合的讨论，展现了作者在处理多尺度、多变量复杂系统时的深厚功底。读完之后，我感觉自己对如何构建一个能够反映真实世界复杂性的、具有前瞻性的模型有了更坚实的理论基础。这不仅仅是一本介绍特定模型技术的书，更是一部关于如何构建和验证现代环境科学工具的范本。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我最初购买这本书是希望能在某个特定的工程项目上找到现成的解决方案，但我很快发现，这本书的价值远不止于提供一套“拿来即用”的工具箱。它更像是一部方法论的专著，它教会我如何“思考”问题。书中对模型假设的探讨尤为精彩，作者没有把任何既有理论奉为圭臬，而是反复引导读者去质疑和验证模型的适用边界。这种批判性的视角，对于任何从事科学研究或工程设计的人来说，都是极其宝贵的财富。我发现，通过理解这些模型是如何被构建和完善的，我对自己所从事领域的认知也得到了极大的提升，这是一种由内而外的能力拓展，而非简单的知识点积累。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，最让我感到惊喜的是其叙述的连贯性和层次感。很多专业书籍的章节之间关联性不强，读起来像是一本散文集，需要读者自己去拼凑知识点之间的逻辑链条。然而，这部作品的章节安排体现了极高的匠心，仿佛精心编排的交响乐，每一个乐章都在为最终的高潮做铺垫。从宏观的现象描述到微观的机理分析，再到最终的模型集成与验证，整个过程一气呵成，毫无跳跃感。这种流畅性极大地降低了阅读门槛，使得像我这样需要跨领域学习的读者，也能比较顺畅地跟进作者的思路，这在专业文献中是相当难得的品质。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计和排版质量给我留下了深刻的印象，这通常是我评价一本技术性书籍时会重点关注的一点。纸张的质感上乘，印刷清晰，即便是那些包含大量图表和公式的章节，阅读起来也不会感到疲劳。更值得称赞的是，作者在理论推导和实际应用之间的平衡把握得恰到好处。很多同类书籍要么过于偏重枯燥的数学推导，让人望而却步，要么则过于流于表面，缺乏深度。而这部作品成功地架起了这座桥梁，它没有回避复杂性，但同时又辅以大量的实例说明，使得那些深奥的理论变得可触可感。我感觉自己不是在阅读一本教科书，而是在跟随一位经验丰富的导师进行一次深入的研讨会，每翻过一页，都能感受到知识的重量和清晰的脉络。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名虽然听起来很专业，但实际上它给我带来了不少启发，尤其是在理解复杂系统运作方面。我并不是这个领域的专家，一开始看到“土壤水动力学模型”这些词汇时还有点打怵，生怕内容太过晦涩难懂。然而，作者的叙述方式非常注重逻辑的递进，从基础概念的梳理到复杂模型的构建，每一步都讲解得清晰明了。尤其是关于“SPAC系统建模”的部分，它让我意识到，即便是看起来最随机的自然现象，背后也存在着精密的数学逻辑和动态平衡。这本书并非只针对专业人士，它更像是一把钥匙，打开了通往理解环境科学与工程交叉领域的大门。我特别欣赏作者在案例分析中展现出的那种严谨而不失灵活的思维方式，这让我开始思考，如何将这种建模思维应用到我日常工作中遇到的其他复杂问题中去。

评分☆☆☆☆☆

参阅中，作为小同行感觉内容有些欠缺，基本上是作者的博士论文。

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适合地下水相关专业，初级人员参考。

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学习学习

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