土壤系统中溶质运移研究_石辉
两种典型溶质模拟污染物在沙陸土壤中的运移试验研究
两种典型溶质模拟污染物在沙陸土壤中的运移试验研究
陈亮;梁越
【期刊名称】《江苏农业科学》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】利用NaCl和荧光素钠溶液来模拟不同的可溶性污染物,选用沙性土壤作为介质,在室内进行一维渗流和一维弥散试验,比较在不同水力梯度情况下,不同污染物对不同补给距离测量点的污染情况.同时用蒸馏水对污染土壤进行淋滤,得到不同淋滤水力梯度下的地下水与土壤的修复情况.结果表明,污染物的运移性质与地下水及土壤的修复特性和污染物性质、水力梯度、测点到水源点的距离有直接相关关系.【总页数】5页(P304-308)
【作者】陈亮;梁越
【作者单位】河海大学岩土工程科学研究所,江苏南京,210098;河海大学岩土工程水利部重点实验室,江苏南京,210098;河海大学岩土工程科学研究所,江苏南
京,210098
【正文语种】中文
【中图分类】S153
【相关文献】
1.UNSATCHEM在土壤溶质反应-运移模拟中的应用 [J], 武桐;刘翔
2.水及溶质在有大孔隙的土壤中运移的研究(Ⅱ):数值模拟 [J], 冯杰;张佳宝;郝振纯;穆开功
3.饱和非均质土壤中溶质大尺度运移的两区模型模拟 [J], 高光耀;冯绍元;黄冠华
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5.野外非饱和土壤中溶质运移的试验研究 [J], 杨金忠;叶自桐;贾维钊;阎世龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
土壤溶质运移模型
土壤溶质运移模型土壤溶质运移模型是研究土壤中溶质迁移、分布和转化的数学模型，它在农业、环境科学等领域发挥着重要作用。
本文将介绍土壤溶质运移模型的基本原理、应用领域以及相关研究进展。
一、基本原理土壤溶质运移模型的基本原理是利用数学方程描述土壤中溶质的输运过程。
这些方程通常是基于质量守恒定律和动量守恒定律建立的，考虑到土壤水分运动、扩散、吸附、降解等因素。
通过解析或数值计算方法，可以模拟出溶质在土壤中的分布、迁移和转化规律。
二、应用领域土壤溶质运移模型在农业、环境科学等领域得到了广泛应用。
在农业方面，它可以用于评估农药、化肥等农业投入品对土壤和水体的污染风险，指导农田管理措施的制定。
在环境科学领域，土壤溶质运移模型可以用于预测地下水中污染物的传输速率和范围，提供科学依据用于地下水保护和污染防治。
三、研究进展近年来，土壤溶质运移模型研究取得了许多进展。
一方面，模型的建立变得更加精确，考虑到了更多土壤特性、水力参数和垂直流动等因素。
另一方面，模型的应用范围也得到了拓展，可以模拟多种污染物在土壤中的行为。
此外，随着计算机技术的发展，模型的计算效率和准确性也得到了提高。
土壤溶质运移模型是研究土壤中溶质迁移、分布和转化的重要工具，它可以有效预测土壤污染的风险和影响范围。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择适用的模型，并结合实地调查和实验数据对模型进行参数校正。
随着模型不断完善和发展，相信它将在农业和环境科学的实践中发挥更大的作用。
注意：本文所涉内容仅用于描述土壤溶质运移模型的基本原理、应用领域和研究进展，禁止进行商业化宣传、联系方式公布及其他与主题无关的内容。
请根据需要自行进行补充和修改，以满足具体需求。
第6章 土壤溶质与溶质运移
2. 分子（或离子）扩散 分子（或离子）扩散是指气相或液相内部由于分子的不 规则热运动即布朗运动和分子之间的相互碰撞而引起 的质量运移。 土壤溶液中的溶质浓度并不总是均匀的。只要浓度梯度 存在，分子扩散就会发生。分子扩散导致溶质从浓度 高的区域向浓度低的区域运动，从而使溶液浓度趋于 均匀。在一个静止的水体中，由于分子扩散而引起的 溶质质量运移通量可由Fick’s first law描述。在一维条 件下，它可表达为：
土壤溶质研究范围： 土壤溶质 肥料运移: N(NO3-、NH4+)、P(H2PO4-)、K+ 等 盐分运移: Cl- 、 CO3 2 - 、 SO42- 、Br- 、Ca2+ 、 Mg2+ 、 Na+等 污染物迁移: 非水相流体(Light and Dense non-aqueous phase liquids (LNAPLs and DNAPLs)： 汽油, TCA、甲苯、煤焦油等 小生物实体(Biologic entities )： 病毒(viruses), 细菌(bacteria) 辐射元素(Radioactive elements)： 镭(Ra)、铍(Be)、氦(He)等天 然放射性物质 重金属元素 ： 汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)等 柴油, 润滑油、碳氢化合物； 溶剂、工业洗涤剂、三氯乙烯TCE、四氯乙烯PCE、三氯甲烷
J dis = − Ddis ∂c ∂z (4.66)
目前很难在实验室或田间试验中明确地区分开分子（离 子）扩散和机械弥散的影响，因此一般将机械弥散和 分子扩散这两种现象合并而统称为水动力弥散现象。 机械弥散系数和分子扩散系数合并为一个参数即水动 力弥散系数或扩散弥散系数DH：
DH = Ddif + Ddis
土壤中溶质运移的研究现状及问题
土壤中溶质运移的研究现状及问题
徐冰;郭克贞;王耀强;吕志远;佘国英
【期刊名称】《内蒙古水利》
【年(卷),期】2003(000)003
【摘要】随着土壤盐渍化和环境问题的日益突出,以研究土壤水中的溶质在土壤中运移过程、规律和机理的土壤溶质运移理论已被环境科学、土壤科学、农田灌溉等各个相关领域学者关注.简要介绍了土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者数十年来关于土壤溶质运移的研究成果,对数值模拟的研究现状、数值计算方法的应用、水动力弥散系数和延迟因子2个重要参数的测定等内容进行了一定评价,讨论了目前土壤溶质运移理论研究的不足之处.
【总页数】3页(P20-21,28)
【作者】徐冰;郭克贞;王耀强;吕志远;佘国英
【作者单位】内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古,呼和浩特,010018;水利部牧区水利科学研究院,内蒙古,呼和浩特,010010;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古,呼和浩特,010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古,呼和浩特,010018;水利部牧区水利科学研究院,内蒙古,呼和浩特,010010【正文语种】中文
【中图分类】S152.7+2
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1.土壤中溶质运移的数字模型研究现状 [J], 雷洪
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4.土壤系统中溶质运移研究 [J], 石辉;邵明安
5.非饱和土壤中溶质运移对流占优问题的通量校正运移解法 [J], 徐绍辉;张佳宝;刘建立
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一维非饱和溶质垂向运移控制方程计算例子
一维非饱和溶质垂向运移控制方程计算例子【原创实用版】目录一、引言二、一维非饱和溶质垂向运移控制方程的概念和原理三、计算例子的具体步骤四、计算例子的结果和分析五、结论正文一、引言在环境工程领域，溶质在土壤中的运移问题一直是研究的重点。
其中，一维非饱和溶质垂向运移控制方程被广泛应用于预测和治理土壤污染。
本文将通过一个计算例子，详细解释一维非饱和溶质垂向运移控制方程的原理和应用。
二、一维非饱和溶质垂向运移控制方程的概念和原理一维非饱和溶质垂向运移控制方程是描述溶质在土壤中垂直方向上运移规律的数学模型。
其基本原理是：溶质在土壤中的运移速度与溶质在土壤中的浓度成正比，且受到土壤水分的扩散和吸附等因素的影响。
三、计算例子的具体步骤假设有一个长度为 1m 的土壤柱，其中溶质初始浓度为 C0，土壤水分初始浓度为θ0，溶质在土壤中的扩散系数为 D，土壤的吸附系数为 K。
我们需要求解在时间 t 后的溶质浓度分布。
根据一维非饱和溶质垂向运移控制方程，我们可以列出以下方程组：C(t, 0) = C0 * exp(-K * t)θ(t, 0) = θ0C(t, 1) = C(t, 0) - D * (θ(t, 0) - θ0)其中，C(t, z) 表示时间 t 时，土壤柱深度为 z 处的溶质浓度。
四、计算例子的结果和分析通过求解上述方程组，我们可以得到在时间 t 后的溶质浓度分布。
以时间为变量，可以绘制出溶质浓度随时间的变化曲线。
从曲线可以看出，溶质在土壤中的运移速度是逐渐减小的，这是由于土壤对溶质的吸附作用以及水分的扩散作用。
五、结论通过以上计算例子，我们可以看到一维非饱和溶质垂向运移控制方程在预测和治理土壤污染方面的应用价值。
土壤水与溶质的运移
土壤水与溶质的运移Contents5.0 Introduction5.1 Classifying and determining of soil water土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定5.2 Energy status of soil water土壤水的能态5.3 Soil water movement土壤水的运动5.4 Solute transportation in soils土壤中的溶质运移Soil water土壤水是土壤的最重要组成部分之一；在土壤形成过程中起着极其重要的作用，在很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程：矿物质风化、有机化合物的合成和分解等；作物吸水的最主要来源；自然界水循环的重要环节；非纯水，而是稀薄的溶液，溶有各种溶质，还有胶体颗粒悬浮或分散其中。
Principal sources of soil water●Precipitation——Rain, snow, hail(雹）; fog, mist(霜)●Ground water——lateral movement from upslope, upward movement from the underlying rock strata.precipitation Surface devoid of vegetationReachdirectly Vegetated surfaceinterceptedcanopyCanopy throughfall andstemflow atmosphereevaporation infiltration Run offSoil waterDrainage and lostEvapotraspirationThe composition of soil waterSoil water contains a number of dissolved solid and gaseous constituents,many of which exist in mobile ionic form,and a variety of suspended solid components.Base cations(Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+)PrecipitationMineral weatheringOrganic matter decomposition Lime and fertilizersourcesH+——a measure of acidity (pH)●CO2Atmosphere ——dissolved in precipitation Soil air ——produced in soil respirationH2O + CO2H2CO3H++ HCO3-Unpolluted rain water: pH>5.6Soil water: pH <5.0●Industrial and urban emission●Organic acids derived from decaying organic material●Released by plants in exchange for nutrient base cations major sourceIron and aluminiumMajor sourcesmineral weatheringacid rainMajor formFe2+, Al3+ionssoluble organic-metallic complexesSoluble anionsNO3-, PO43-Cl-, SO42-HCO3-Mineralisation processesFertilizersAtmosphere sourcesMineral weatheringDissolved organic carbon (DOC) Pollutants (heavy metals et al.)Suspended constitutions☐Small particles of mineral and organic material ☐Often result in discoloration(变污)and increased turbidity(混浊度)of soil water.第一节土壤水的类型划分及土壤水分含量测定Classifying and determining of soil water 一、土壤水分类型及有效性Soil water types and availability土壤水分研究方法能量法数量法从土壤水分受各种力作用后自由能的变化研究水分的能态和运动、变化规律。
土壤中反应溶质运移的对流—弥散模型及其解析解
土壤中反应溶质运移的对流—弥散模型及其解析解土壤是地球上最重要的自然资源之一，它对于生态环境和农业生产都具有不可替代的作用。
但是，随着人类活动的不断加剧和气候变化的影响，土壤污染问题已经日益严重。
因此，研究土壤中污染物的迁移和转化规律具有重要意义。
本文将介绍土壤中反应溶质运移的对流—弥散模型及其解析解。
1.模型的假设和基本方程对于土壤中反应溶质的运移，我们可以采用对流—弥散模型进行描述。
该模型主要假设：1）土壤介质是均质、各向同性的；2）外场中的污染物浓度为恒定的；3）污染物的分布仅与时间和空间坐标有关，而与物质的特性无关。
在该假设下，可以得到以下模型方程：(1)对流项：∂C/∂t+u∂C/∂x，其中u为流速；(2)弥散项：D∂^2C/∂x^2，其中D为溶质扩散系数；(3)反应项：-kC，其中k为反应速率常数，C为污染物浓度。
将上述三项相加，得到土壤中反应溶质的运移方程：∂C/∂t+u∂C/∂x=D∂^2C/∂x^2-kC2.求解过程在得到模型方程后，我们可以进行求解。
下面介绍一种常用方法——分离变量法。
先假设C(x,t)=X(x)T(t)，代入模型方程中，得到：X(x)T'(t)+uX'(x)T(t)=DX''(x)T(t)-kX(x)T(t)将左边式子拆开，得到：X(x)/X'(x)=-u/[D(T(t)/T'(t))+kT(t)] 左边式子仅与x有关，右边式子仅与t有关，故它们的值必须等于一个常数，设为λ，则有：X(x)/X'(x)=-u/(Dλ+kT(t)/T'(t))将上式两边同时积分，得到：X(x)=C1exp[λx/(u+Dλ)]+C2exp[-λx/(u+Dλ)]其中C1、C2为常数。
此时，应根据求解问题的实际边界条件来确定C1、C2和λ的具体值。
将求得的X(x)和T(t)代回C(x,t)=X(x)T(t)，得到最终的解析解。
土壤溶质运移研究现状
［ 关键词】 土壤溶质运移 ； 数学模型 ； 数值方法； 参数估算
［ 中图分 类号］ Ｓ５ １ ［ 文献标识码 Ａ ［ 文章编号］ １ ６ ７７（０６０ — ３５ ０ ０ — １ ２０）６ ０５ — ４ ０ ５
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第14卷第4期2000年12月水土保持学报Jour nal of Soil and Wa ter Co nse rv a tio nV o l.14N o.4Dec.,2000·博士论文简报·土壤系统中溶质运移研究石 辉,邵明安(中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨陵712100)中图分类号:S153.5;S153.61 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2000)04-0118-03为了满足日益增长的人口对粮食的需求,农用化学物质被广泛使用,这些物质可通过各种渠道进入土壤,因此研究土壤中农用化学物质的迁移、转化,对于防止环境污染和促进农业持续发展有着重要的意义。
本文在对土壤溶质运移理论分析的基础上,采用土柱实验、田间实验以及计算机模拟研究土壤系统中溶质的运移过程,得到以下主要结论:1.通过分析土壤溶质运移与化学色谱间的相似性,利用化学色谱理论分析了土壤溶质穿透曲线的形状,及塔板理论模拟溶质运移的穿透曲线。
发现穿透曲线的形状主要由溶质在固体土粒与溶液中浓度的吸附等温线来决定,对凸型分配函数,表现为前缘陡峭、后缘“拖尾”的“拖尾”型穿透曲线;对凹型分配函数,表现为前缘“伸舌”、后缘陡峭的“伸舌”型穿透曲线。
对于非反应型溶质理论上应当保持对称的高斯型穿透曲线,但在实际土壤中由于不动水体的存在,穿透曲线也表现出前缘陡峭、后缘拖尾的“拖尾”型穿透曲线。
根据塔板理论认为土柱由理想形态的一系列小塔板所组成,忽略弥散作用,利用质量守恒定律可得到描述溶质运移的塔板模型C/C0=[erf c(M-1)N+ex p(2N)erf c(M+1)N]/22M(1)该模型与溶质运移的CDE方程解具有一定的相似性,但由于忽略了弥散作用,其估计浓度低于CDE方程。
2.研究表明,一般情况解析解第2项的贡献较小(<4%),可以省略。
对CDE方程省略第2项后的解析解进行了详细分析,通过误差函数的逆运算得到下述公式t arcerf(1-2Ce)=(x-ut)/2D(2)对于穿透曲线则有a=(L-ut)/2D(3)这样可利用Y与t线形关系的斜率、截距估计CDE参数D、R值。
实验结果证实该方法与常用CXT FIT拟合结果一致。
当Ce按照边界层定义一个固定值时,式(2)则为边界层x与时间t的关系。
对于边界层,定义其相对浓度为3‰时拟合参数与CX T FIT结果一致。
测定穿透曲线费时费力,由式(2)可利用任意两个时刻的Ce(x1,t1),Ce(x2,t2)估计参数。
3.对薄层土壤溶质运移的可动水体与不可动水体模型进行了研究。
发现对于薄层土壤在忽略弥散的作用下,其溶质运移穿透可用式(4)表示1-C/C0=a e-a(1+)V/+(1-a)e-(1-a)(1+)V(4)式(4)表明,可将薄层土壤溶质运移分为2个阶段。
初始阶段,由于a和V较小,式(4)的第1项较小,因而对浓度影响不大;而在后期阶段,第2项的数值变小,浓度主要由第1项决定,但第2项数值减小的幅度较慢。
用土柱实验进行了验证。
4.研究了田间NO3-N的时空变化。
发现NO3-N在垂直方向上可分为0-60cm,60-140cm,140-200cm三个层次,层次间NO3-N的含量达到显著差异。
在水平方向上,NO3-N收稿日期:2000-05-19 *中国科学院“西部之光”资助项目作者简介:石辉,男,生于1968年,博士,副研究员。
主要从事土壤侵蚀与土壤系统中物质迁移方面的研究。
DOI:10.13870/ k i.st b cxb.2000.04.028的变异远远大于土壤水分的变异。
NO 3-N 随时间的变化主要表现在气候因素对其的影响。
随着降雨量的增加,0-60cm 土层中的NO 3-N 表现出减少趋势;而60-140cm 在降雨量小于50mm 时随降雨量的增加NO 3-N 含量增加,而大于50mm 时随降雨量的增加而减少;140-200cm NO 3-N 基本不变。
这可能是在低降雨量的情况下将上层NO 3-N 淋溶进入中层,引起中层的NO 3-N 增加;而降雨量大时,降雨可将NO 3-N 淋入下层,导致中层NO 3-N 降低。
NO 3-N 的产生与温度关系密切,随温度的增加,0-60cm 土层的NO 3-N 增加,而下面两层则变化平缓。
这主要由于NO 3-N 在表层产生,随温度增加,硝化作用增强,NO 3-N 生成增加;而土壤下层,土壤温度本身变化较小且非NO 3-N 的主要生成区,因而随温度变化较小。
5.关于土壤溶质运移的研究,主要是在饱和条件下进行的,但实际化学物质是在非饱和情况下运移的,与土壤水分运动存在耦合。
本文介绍了土壤水分、溶质耦合运动的基本方程,所采用土壤水分、基质势、导水率关系以及所采用的边界、初始条件,模拟非饱和土壤的水分、溶质耦合运动。
模拟结果表明,水分的湿润锋与溶质锋在非饱和情况下并不重合。
在对田间情况进行简化后,模拟田间N O 3-N 与水分运动情况,结果在趋势上与实测值具有相似性,但由于土壤的非均质性、边界条件的选择等因素使预测值与测定值存在一定的偏差。
Study on S olute Transport in Soil SystemSHI Hui,SHAO Ming-an(Institute of Soil and Water Conservation ,Chinese Academy of Soil Sciencesand Ministry of W ater Resources ,Yangling ,Shaanx i 712100)In o rder to meet the demand for food o f the increasing populatio n ,ag ri -chemicals a re w idely used .Ag ri -chemica ls enter soils by many way s ,solute transport and its tra nsfer in soils hav e g rea t sig nificance fo r prev entio n of env iro nmental pollutio n and maintenance o f sustainable a-g riculture .In this paper ,based on theoretical a nalysis of solute transpo rt in soils ,soil co l-umn ex periment ,and field ex periment and computer sim ula tion tech nique w ere used to study solute transpo rt in soils .Meanw hile ,a method fo r fertiliza tion a pplicatio n localized com-paction dim e ,which can prev ent leaching o f N fertilizer and improv e fertilizer use efficiency ,w as presented .This is a n exam ple of a pplicatio n for the theo retical achiev ements of solute transpor t.The results are as the fellow s.1.By analy zing the similarity betw een solute transport in soil and ch ro matog raphy in chemistry,shapes of Breakthrough Curve (BTC)and simulatio n soil solute transpor t by us-ing chroma tog raphy w ere co nducted.The shape of BTC is mainly determined by adso rption isotherm betw een soil solid pa rticle and soil solutio n.Fo r conv ex functio n,there is “pulling tail ”B TC that the front pa rt of BTC is high a nd steep and the rear pa rt of BTC is “pulling tail ”.For co ncav e function,there is “stretching to ng ue ”B TC that the front part o f BTC is “stretching to ngue ”a nd the rear par t o f BTC is high a nd steep.Fo r no n-reactive solute,BTC is “pulling tail ”ty pe because there is im mobile wa ter in field soils.Acco rding to the plate theory ,the soil column was fo rmed by a series pla tes and the pla te model is obtained by neglecting dispersion :C /C 0=[erf c (M -1)N +ex p(2N )erf c (M +1)N ]/22M (1)This model has same tendency as the analy tical so lution of CDE,but the estima tion result w as less accurate than CDE due to neglecting rg e amount of resea rch indicated that under no rmal condition,the contributio n of 119第4期石辉等:土壤系统中溶质运移研究。