土壤水動力學模型及在SPAC係統建模中的應用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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楊德軍 等 著

圖書標籤:

• 土壤水動力學
• SPAC係統
• 建模
• 水文模型
• 農業水利
• 土壤物理
• 數值模擬
• 植物需水
• 生態水文
• 水分傳輸

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

編輯推薦

　　 《土壤水動力學模型及在SPAC係統建模中的應用》的主要內容來自作者的博士論文《基於SPAC係統的土壤水動力學模型研究》和近幾年來的研究成果。本書從介紹土壤水動力學的一些基本概念著手；在參閱瞭大量國內外文獻的基礎上，詳細地分析和總結瞭可用於模擬裸地蒸發和人滲的各種計算模型；闡述瞭用於求解SPAC係統土壤水動力過程的有限元模型和步驟；最後，介紹瞭作者幾年來的研究成果，即積分型的Richards方程求解模型的研究及應用，和對研發的水肥決策係統EU-ROTATE_N模型的改進。

內容簡介

　　 《土壤水動力學模型及在SPAC係統建模中的應用》以作者在浙江大學攻讀博士期間、英國華威大學聯閤培養博士研究生期間及中國礦業大學工作期間所做的研究為基礎撰寫而成，主要介紹瞭土壤-植物-大氣係統土壤水動力學模型及在建模中的應用。全書共8章，第1章主要介紹瞭本書的研究背景與意義和研究曆史與現狀；第2、3、4章分彆介紹瞭土壤水動力學基本理論、裸地條件下蒸發模型理論和人滲模型理論及應用研究；第5、6章分彆論述瞭土壤-植物-大氣係統土壤水動力學有限元模型和積分型的Richards方程求解模型；第7、8章分彆論述瞭土壤-植物-大氣係統水肥優化使用決策支持係統和EU-ROTATE_N決策支持係統的發展和實例驗證。為描述方便，本書作如下約定：SPAC係統（Soil-Plant-Atmosphere Continuum）指的是土壤-植物-大氣係統。
　　 《土壤水動力學模型及在SPAC係統建模中的應用》可供土壤學、地學、水利工程、土木工程、農學和生態環境等相關領域的科技人員和高校教師、研究生參考。

目錄

第1章 緒論
1.1 研究背景與意義
1.1.1 我國水資源現狀和節水農業
1.1.2 我國農業環境汙染現狀
1.2 研究曆史與現狀
1.2.1 土壤水動力學模型研究
1.2.2 汙染物遷移動力學研究
1.2.3 植物根係模型研究
1.2.4 農田水利模型研究
1.2.5 基於模型的水肥優化管理研究
1.2.6 基於模型的氮汙染風險評價技術研究
1.2.7 土壤水動力學及汙染物運移模擬數值方法研究

第2章 土壤水動力學基本理論
2.1 土壤水動力學概述
2.2 土壤一植物一大氣連續體基本概念
2.3 土壤水動力參數
2.3.1 土壤水勢
2.3.2 土壤水分特徵麯綫
2.3.3 土壤水分運動參數
2.4 土壤物理常數
2.5 直角坐標係土壤水分運動基本方程
2.6 直角坐標係一維土壤水分運動方程的不同形式
2.7 直角坐標係一維土壤水分運動方程的定解條件
2.8 蒸發和人滲邊界條件的基本理論
2.9 根係吸水模型
2.10 土壤質地
2.10.1 土壤質地分類
2.10.2 土壤質地對土壤生産性能的影響

第3章 裸地條件下蒸發模型理論
3.1 引言
3.2 錶土蒸發模型理論
3.2.1 形成韆土層前的錶土蒸發過程
3.2.2 土壤水非穩定蒸發的解析解
3.2.3 形成乾土層後的錶土蒸發過程
3.2.4 現階段錶土蒸發模型
3.3 潛水蒸發模型理論
3.3.1 一維均質土潛水蒸發時的土壤水穩定運動
3.3.2 一維均質土潛水蒸發時，最大潛水蒸發強度的統一計算式
3.3.3 一維均質土潛水穩定蒸發的求解
3.3.4 一維非均質土潛水蒸發時土壤水穩定運動
3.3.5 潛水蒸發的經驗公式
3.4 本章小結

第4章 裸地條件下入滲模型理論及應用研究
4.1 引言
4.2 裸地條件下入滲模型理論
4.2.1 經驗性入滲模型
4.2.2 機理性入滲模型
4.2.3 入滲過程的非均勻流研究
4.3 入滲模型數值試驗研究
4.3.1 分層土體入滲響應數值試驗研究
4.3.2 積水條件下入滲響應數值試驗研究
4.4 本章小結

第5章 土壤-植物-大氣係統土壤水動力學有限元模型
5.1 引言
5.2 基於SWMS_2D模型的有限元基本理論
5.2.1 二維土壤水分運動方程
5.2.2 初始條件和邊界條件
5.2.3 有限元數值解法
5.2.4 SWMS 2D模型程序組成
5.3 基於動態根係生長的土壤水動力學有限元模型
5.4 實例驗證
5.4.1 實例說明
5.4.2 模型驗證
5.5 本章小結

第6章 裸地條件下土壤水動力學IRE模型
6.1 引言
6.2 裸地條件下的IRE方法基本原理
6.3 裸地條件下改進的IRE土壤水動力學模型
6.4 實例驗證
6.4.1 實例一
6.4.2 實例二
6.4.3 結論
6.5 FEM與IRE的土體蒸發響應模擬研究
6.5.1 實例介紹
6.5.2 分項結果
6.5.3 綜閤結果
6.5.4 結論
6.6 本章小結

第7章 土壤-植物-大氣係統水肥優化使用決策支持係統
7.1 引言
7.2 EU-ROTATE_N決策支持係統
7.2.1 模型和架構
7.2.2 水模塊基本理論
7.3 N_ABLE動力學模型
7.3.1 作物需求量計算模塊
7.3.2 根生長與分布模塊
7.3.3 作物氮吸收模塊
7.3.4 N ABLE模型計算流程圖
7.4 Daisy模型
7.5 NPK綜閤動力學模型
7.5.1 磷動力學模型
7.5.2 鉀動力學模型
7.6 本章小結

第8章 EU-ROTATE_N決策支持係統的發展和實例驗證
8.1 引言
8.2 EU-ROTATE_N決策支持係統水模塊的改進
8.2.1 實際入滲量或蒸發量計算
8.2.2 實際蒸騰量計算
8.2.3 IR正方法
8.3 實例驗證
8.3.1 實例說明
8.3.2 模型驗證
8.4 SMCR_N模型
8.5 實例驗證
8.5.1 實驗介紹
8.5.2 輸入數據
8.5.3 結果及討論
8.6 本章小結
參考文獻

前言/序言

土壤水動力學模型及在SPAC係統建模中的應用 圖書簡介 本書深入探討瞭土壤水動力學模型及其在土壤-植物-大氣連續體（SPAC）係統建模中的關鍵作用。全書圍繞土壤中水分的運動規律、影響因素，以及如何通過數學模型來精確描述和預測這些過程展開，並重點闡述瞭這些模型在理解和模擬SPAC係統能量和物質交換過程中的重要價值。 第一部分：土壤水動力學模型基礎 本部分為讀者構建瞭堅實的土壤水動力學模型理論基礎。 第一章：土壤水分特徵與物理性質 土壤質地與結構： 詳細闡述瞭土壤顆粒大小分布（質地）和顆粒聚集狀態（結構）對土壤孔隙度、滲透性和持水能力的影響。通過介紹砂土、壤土、粘土等不同質地的典型水分特徵麯綫，說明其在水分入滲、滯留和蒸發過程中的差異。 土壤孔隙係統： 深入分析瞭土壤中大孔隙、微孔隙和生物孔隙的形態、大小和連通性。解釋瞭不同孔隙對水分運動（重力水、毛管水、吸著水）的控製機製，以及這些孔隙在雨水快速下滲、土壤持水以及根係吸水中的不同作用。 土壤含水量指標： 定義並區分瞭飽和含水量、田間持水量、萎蔫係數、永久萎蔫點等關鍵含水量指標。解釋瞭這些指標的測定方法及其在評估土壤水分有效性、灌溉管理和作物抗旱性方麵的意義。 土壤水勢概念： 詳細闡述瞭總水勢、基質勢、重力勢、溶質勢和壓力勢的概念。通過數學公式和圖示，直觀展示瞭水勢梯度驅動水分運動的原理，並解釋瞭土壤含水量與基質勢之間的非綫性關係，即土壤水分特徵麯綫。 土壤導水率： 定義並分析瞭土壤導水率，包括飽和導水率和非飽和導水率。闡述瞭影響導水率的關鍵因素，如土壤結構、含水量、溫度和壓實度，並介紹瞭測量方法。 第二章：土壤水分運動基本方程 達西定律： 詳細推導瞭在飽和和非飽和狀態下達西定律的適用性。解釋瞭通過水勢梯度驅動流體運動的物理基礎，並引入瞭分層滲透的概念，以描述土壤剖麵中不同土層的導水率差異對水分運動的影響。 Richards方程： 作為土壤水分運動的核心方程，Richards方程被詳細推導並分析。方程的形式考慮瞭含水量隨時間、空間的變化以及土壤導水率和水勢之間的關係。詳細解釋瞭方程中各項的物理意義，包括含水率變化率、導水率、水勢梯度，以及方程求解的難點和常用方法（如有限差分法、有限元法）。 水分運動的驅動力： 除瞭水勢梯度，還探討瞭其他可能的水分運動驅動力，如溫度梯度（熱擴散）、濃度梯度（溶質擴散）以及蒸發蒸騰作用産生的負壓梯度。 第三章：土壤水分運動的數值模擬方法 離散化技術： 詳細介紹瞭有限差分法和有限元法在求解Richards方程中的應用。通過圖示和數學推導，展示瞭如何將連續的偏微分方程轉化為離散的代數方程組，以及網格劃分、邊界條件和初始條件的重要性。 邊界條件與初始條件： 強調瞭正確設置邊界條件（如恒定水勢邊界、恒定流量邊界、自由排水邊界、雨水入滲邊界）和初始條件（如初始含水量分布）對於模擬精度的關鍵作用。 模型驗證與校準： 介紹瞭模型驗證（與實測數據對比）和校準（調整模型參數以擬閤實測數據）的流程和重要性。討論瞭常用的統計指標，如均方根誤差（RMSE）、決定係數（R²）等，用於評估模型性能。 常用模型介紹： 簡要介紹瞭一些廣泛應用的土壤水動力學模型，如HYDRUS係列模型，並對其各自的特點和適用範圍進行說明。 第二部分：SPAC係統建模 本部分將土壤水動力學模型置於SPAC係統框架下，探討其在模擬能量和物質交換過程中的集成應用。 第四章：SPAC係統的組成與能量平衡 SPAC係統的基本構成： 詳細描述瞭土壤（Soil）、植物（Plant）和大氣（Atmosphere）這三個核心組成部分及其相互作用。 能量平衡方程： 推導瞭SPAC係統地錶能量平衡方程，包括淨輻射、感熱通量、潛熱通量、地錶熱通量等各個分量。解釋瞭各能量分量如何驅動SPAC係統中的水分和熱量交換。 輻射傳輸與吸收： 探討瞭太陽輻射在植物冠層和土壤錶麵的吸收、反射和透射過程，以及不同地錶覆蓋物（如植被、土壤裸露）對輻射收支的影響。 第五章：SPAC係統中的水分傳輸過程 蒸騰作用： 詳細解釋瞭植物蒸騰作用的生理機製，包括氣孔導度、蒸騰速率與環境因子（光照、CO₂濃度、濕度、溫度）的關係。 土壤蒸發： 分析瞭土壤錶麵蒸發的驅動因素，如土壤含水量、太陽輻射、風速和空氣濕度。區分瞭初期蒸發（受能量限製）和後期蒸發（受水分供給限製）的特點。 植物水分吸收： 闡述瞭植物根係吸收水分的過程，包括水分從土壤嚮根錶傳遞，以及在植物體內嚮上輸導的機製。介紹瞭根係分布和土壤水分梯度對根係吸水能力的影響。 SPAC係統水分通量耦閤： 重點闡述瞭如何將土壤水分運動模型（Richards方程）與植物蒸騰模型以及土壤蒸發模型耦閤起來，形成描述SPAC係統整體水分通量（包括入滲、下滲、蒸騰、蒸發、根係吸收）的綜閤模型。 第六章：SPAC係統中的能量傳輸過程 感熱傳輸： 分析瞭土壤和植被錶麵與大氣之間的感熱交換過程，以及風速、溫差等對感熱通量的影響。 地錶熱通量： 探討瞭土壤中熱量的傳播機製，包括熱傳導和熱對流，以及其隨深度和時間的變化。 SPAC係統能量通量耦閤： 解釋瞭土壤水動力學與能量傳輸過程之間的緊密聯係。例如，土壤水分含量直接影響土壤的導熱係數和比熱容，從而影響地錶溫度和感熱通量。蒸騰作用消耗大量的能量（潛熱），從而影響地錶溫度。 第七章：SPAC係統建模在農業和環境應用中的實踐 作物水分生産力模擬： 介紹瞭如何利用SPAC係統模型來模擬作物生長過程中的水分利用效率，評估不同灌溉策略對産量的影響。 乾旱與水資源管理： 探討瞭SPAC係統模型在預測區域乾旱風險、評估水資源供需以及優化水資源分配中的應用。 土壤侵蝕與水土保持： 分析瞭模型如何模擬降雨入滲、地錶徑流産生，從而為水土保持措施的製定提供科學依據。 生態係統水文過程模擬： 擴展瞭SPAC係統模型在模擬森林、草地等不同生態係統水文過程的應用，以及其在氣候變化影響評估中的作用。 區域尺度模擬： 討論瞭將SPAC係統模型應用於更大尺度（如流域、區域）的挑戰和方法，包括參數化、尺度擴展以及與遙感、GIS技術的集成。 第八章：SPAC係統建模的前沿與挑戰 多尺度耦閤： 探討瞭SPAC係統模型在不同空間尺度（從土壤團聚體到全球）和時間尺度（從小時到年）上的耦閤問題。 生物過程集成： 介紹瞭如何將更精細的植物生理過程（如光閤作用、根係生長）和土壤生物過程（如微生物活動）集成到SPAC模型中。 數據同化技術： 闡述瞭如何利用遙感數據、地麵觀測數據等，通過數據同化技術來提高SPAC模型預測的準確性和可靠性。 不確定性分析： 討論瞭模型參數、輸入數據以及模型結構自身帶來的不確定性，並介紹瞭不確定性量化和傳播的方法。 未來發展方嚮： 展望瞭SPAC係統建模在智能化、高分辨率模擬、集成化平颱構建等方麵的未來發展趨勢。 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，理解土壤水動力學模型作為SPAC係統建模的基石，以及如何利用這些模型來解決現實世界中復雜的水文、農業和環境問題。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我最初購買這本書是希望能在某個特定的工程項目上找到現成的解決方案，但我很快發現，這本書的價值遠不止於提供一套“拿來即用”的工具箱。它更像是一部方法論的專著，它教會我如何“思考”問題。書中對模型假設的探討尤為精彩，作者沒有把任何既有理論奉為圭臬，而是反復引導讀者去質疑和驗證模型的適用邊界。這種批判性的視角，對於任何從事科學研究或工程設計的人來說，都是極其寶貴的財富。我發現，通過理解這些模型是如何被構建和完善的，我對自己所從事領域的認知也得到瞭極大的提升，這是一種由內而外的能力拓展，而非簡單的知識點積纍。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計和排版質量給我留下瞭深刻的印象，這通常是我評價一本技術性書籍時會重點關注的一點。紙張的質感上乘，印刷清晰，即便是那些包含大量圖錶和公式的章節，閱讀起來也不會感到疲勞。更值得稱贊的是，作者在理論推導和實際應用之間的平衡把握得恰到好處。很多同類書籍要麼過於偏重枯燥的數學推導，讓人望而卻步，要麼則過於流於錶麵，缺乏深度。而這部作品成功地架起瞭這座橋梁，它沒有迴避復雜性，但同時又輔以大量的實例說明，使得那些深奧的理論變得可觸可感。我感覺自己不是在閱讀一本教科書，而是在跟隨一位經驗豐富的導師進行一次深入的研討會，每翻過一頁，都能感受到知識的重量和清晰的脈絡。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名雖然聽起來很專業，但實際上它給我帶來瞭不少啓發，尤其是在理解復雜係統運作方麵。我並不是這個領域的專傢，一開始看到“土壤水動力學模型”這些詞匯時還有點打怵，生怕內容太過晦澀難懂。然而，作者的敘述方式非常注重邏輯的遞進，從基礎概念的梳理到復雜模型的構建，每一步都講解得清晰明瞭。尤其是關於“SPAC係統建模”的部分，它讓我意識到，即便是看起來最隨機的自然現象，背後也存在著精密的數學邏輯和動態平衡。這本書並非隻針對專業人士，它更像是一把鑰匙，打開瞭通往理解環境科學與工程交叉領域的大門。我特彆欣賞作者在案例分析中展現齣的那種嚴謹而不失靈活的思維方式，這讓我開始思考，如何將這種建模思維應用到我日常工作中遇到的其他復雜問題中去。

评分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，最讓我感到驚喜的是其敘述的連貫性和層次感。很多專業書籍的章節之間關聯性不強，讀起來像是一本散文集，需要讀者自己去拼湊知識點之間的邏輯鏈條。然而，這部作品的章節安排體現瞭極高的匠心，仿佛精心編排的交響樂，每一個樂章都在為最終的高潮做鋪墊。從宏觀的現象描述到微觀的機理分析，再到最終的模型集成與驗證，整個過程一氣嗬成，毫無跳躍感。這種流暢性極大地降低瞭閱讀門檻，使得像我這樣需要跨領域學習的讀者，也能比較順暢地跟進作者的思路，這在專業文獻中是相當難得的品質。

评分☆☆☆☆☆

從一個關注技術前沿的讀者的角度來看，這本書的價值在於它對“係統集成”這一概念的深刻闡釋。它不僅僅局限於描述土壤中的水分運動，而是將其置於一個更廣闊的生態係統——SPAC（土壤-植物-大氣連續體）——的框架內進行討論。這種係統性的思維，反映瞭當代科學研究的主流趨勢。書中對不同尺度模型耦閤的討論，展現瞭作者在處理多尺度、多變量復雜係統時的深厚功底。讀完之後，我感覺自己對如何構建一個能夠反映真實世界復雜性的、具有前瞻性的模型有瞭更堅實的理論基礎。這不僅僅是一本介紹特定模型技術的書，更是一部關於如何構建和驗證現代環境科學工具的範本。

评分☆☆☆☆☆

适合地下水相关专业，初级人员参考。

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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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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。