基于SPAC系統(tǒng)的土壤水動(dòng)力學(xué)模型研究.pdf

1、開展對(duì)土壤-作物-大氣系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SPAC系統(tǒng))土壤水動(dòng)力學(xué)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(jìn)入地表或地下水體導(dǎo)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(yàn)證相結(jié)合的方法對(duì)以下幾個(gè)問題進(jìn)行研究和探討。 1.通過引入生長(zhǎng)折減系數(shù)等理論，完善了過量施肥導(dǎo)致土壤中過量氮存在、產(chǎn)生的負(fù)滲透壓抑制作物生長(zhǎng)的理論，進(jìn)一步發(fā)展了EU-R

2、OTATE_N模型。實(shí)例驗(yàn)證表明：新研發(fā)的模塊相對(duì)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(jìn)行一定的模擬，并能有效地反映過量施肥導(dǎo)致土壤負(fù)滲透壓的影響效果。 2.通過引入相關(guān)的根系生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型、根長(zhǎng)密度分布函數(shù)以及蒸發(fā)和蒸騰計(jì)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(dòng)力學(xué)有限元模型。實(shí)例驗(yàn)證表明：降雨對(duì)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(zhǎng)密度分布具有一定的階段性。 3.通過改進(jìn)上下邊界條件，發(fā)展了裸地條件下土壤水動(dòng)力學(xué)IRE模型(即積分型的Richards方程解法)。降雨數(shù)值試驗(yàn)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(shí)際情況；蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果表明：模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，克服了FEM模型不穩(wěn)定等不足；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)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(fù)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(duì)歐洲5種典型土體進(jìn)行100天的蒸發(fā)數(shù)值試驗(yàn)，在含水率分布和蒸發(fā)總量等數(shù)據(jù)上進(jìn)行對(duì)比，探討了歐洲5種典型土體的響應(yīng)規(guī)律，為實(shí)際應(yīng)用提供了一定的參考價(jià)值。 5.針對(duì)EU-ROTATE_N模型中以CASCADE方法為核心的水模塊參數(shù)難確定，預(yù)測(cè)結(jié)