基于SPAC系統(tǒng)的土壤水動力學模型研究.pdf

1、開展對土壤-作物-大氣系統(tǒng)(簡稱SPAC系統(tǒng))土壤水動力學和水肥優(yōu)化使用決策支持系統(tǒng)的研究，可以提高水資源尤其是農(nóng)業(yè)用水效率，降低農(nóng)作物成本，提高農(nóng)藥和化肥的利用率，有效地緩解過量農(nóng)藥和化肥進入地表或地下水體導致的環(huán)境污染問題。本文采取了理論分析、數(shù)值模擬和算例驗證相結(jié)合的方法對以下幾個問題進行研究和探討。 1.通過引入生長折減系數(shù)等理論，完善了過量施肥導致土壤中過量氮存在、產(chǎn)生的負滲透壓抑制作物生長的理論，進一步發(fā)展了EU-R

2、OTATE_N模型。實例驗證表明：新研發(fā)的模塊相對較合理，能夠?qū)Χ喾N作物在施肥條件下作物干重和作物上部(除須根)的含氮量進行一定的模擬，并能有效地反映過量施肥導致土壤負滲透壓的影響效果。 2.通過引入相關(guān)的根系生長動力學模型、根長密度分布函數(shù)以及蒸發(fā)和蒸騰計算模型等理論，與二維有限元程序SWMS_2D相耦合，發(fā)展了模擬SPAC系統(tǒng)的土壤水動力學有限元模型。實例驗證表明：降雨對土層含水率分布的影響隨著深度的增加而減??；蒸騰量和蒸發(fā)

3、量的模擬結(jié)果較為可靠；根長密度分布具有一定的階段性。 3.通過改進上下邊界條件，發(fā)展了裸地條件下土壤水動力學IRE模型(即積分型的Richards方程解法)。降雨數(shù)值試驗結(jié)果表明：新模型的模擬結(jié)果介于FEM和Green Ampt模型模擬結(jié)果之間，更符合實際情況；蒸發(fā)試驗結(jié)果表明：模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)基本吻合，克服了FEM模型不穩(wěn)定等不足；現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：累積入滲量、累積蒸發(fā)量和下邊界累積排水量的模擬結(jié)果與FEM模擬結(jié)果基本吻合；

4、土壤含水率分布接近FEM的計算結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)，其主要差別出現(xiàn)在頂層6cm的土體內(nèi)。 4.由于外界條件的復雜性和土體性質(zhì)的多樣性，土體在一定外界條件下的響應(yīng)問題難以得到定量化描述。通過對歐洲5種典型土體進行100天的蒸發(fā)數(shù)值試驗，在含水率分布和蒸發(fā)總量等數(shù)據(jù)上進行對比，探討了歐洲5種典型土體的響應(yīng)規(guī)律，為實際應(yīng)用提供了一定的參考價值。 5.針對EU-ROTATE_N模型中以CASCADE方法為核心的水模塊參數(shù)難確定，預測結(jié)