非饱和带存在溶质运移现象,其有基本微分方程。溶质运移包括对流和水动力弥散,还有土壤中溶质运移与水分运动的关系,土壤中的溶质运移现象十分复杂,土壤水会携溶质一起运移,溶质会在自身浓度作用下由高浓度处向低浓度运移(对流),也会在流动过程中从一个大孔隙进入小孔隙(次小、小小),不断被分散并占有越来越大的渗流面积。
分散并占有越来越大的渗流区,每个细孔中运动速度的大小和方向都不一样(机械弥散)。分子扩散和水动力弥散机理不同,然而它们同时存在,难以区分,二者综合起来被称为水动力弥散。土壤中的吸附作用;溶质的溶解、沉淀、化合、分解以及离子交换;植物的吸收和释放;微生物的分解,这些使得土壤中的溶液处在一个物理、化学、生物相互联系、连续变化的系统中。由于化学和的相互联系、连续变化的系统中。由
1)溶质浓度 c:指单位体积土壤水溶液中所包含的溶质质量。溶质质量方面,有溶质通量。溶质通量 Jc 指的是单位时间内通过土壤单位截面积的溶质质量。假定土壤水分的通量为 q,那么:若用 表示土壤水的平均孔隙流速,表
2)在土壤溶液中,式中 Ds 为溶质在土壤溶液中的扩散系数,为分子扩散通量。经验公式为分子扩散通量。00dcJDz dscJDz dJ3)的经验公式取决于土壤含水率以及 D0,与 c 或无关,a 和 b 均为经验常数。
数。sD0)(DDsbsaeDD0)(sD3. 溶质存在机械弥散现象,由机械弥散导致了溶质通量,该溶质通量是渗透速度的线性函数。式中:存在一个与土壤质地、结构有关的经验常数。分子扩散存在,机械弥散也存在,它们的机理不一样,表达式较为相似,然而却难以将二者区分开来。正因如此,就把分子扩散和机械弥散综合起来,形成了水动力弥散。水动力弥散与溶质通量相关,水动力弥散系数既和水的渗透速度有关。
水动力弥散系数既和水的渗透速度有关,也和土壤含水率有关。它的值通常需要通过实验来确定,或者用与土壤含水率有关的经验公式来表示。由前面的分析能得知,溶质的总通量是由对流通量和水动力弥散通量共同组成的。也就是说,溶质总通量等于对流通量与水动力弥散通量之和。根据质量守恒定律,在 z 方向流入单兀体的溶质通量与流出单兀体的溶质通量之差为:qczcvDJsh),(tzyxzJ 。单兀体内溶质的质量变化率为:若忽略 x、y 两方向的溶质质量变化,则可得出此关系。
两方向的溶质质量有变化,tzyxtc)(zJtc)()()( 以及 shccqcDvtzzz 所涉及的水动力弥散对流,此式被称作溶质运移的一维对流弥散型方程;若要考虑介质中溶质的化学、生物变化,就需加入源汇项 Se。Se 指的是在单位时间以及单位体积的土壤中,生成或者消失的溶质质量。对于二维和三维的溶质运移问题,能够将一维方程进行扩展。同时,应当注意水动力弥散系数具有各向异性。
横向弥散系数与纵向弥散系数不同,二者具有异性。土壤中的溶质运移是以水分运动为基础的,且土壤中的溶质运移也是以水分运动为基础的。溶质的对流与水分运动有关,溶质的机械弥散也与水分运动有关。溶质势是水分运动的驱动力,这一点同样成立。溶质势也是水分运动的驱动力。式中:用 mol 表示溶质浓度,溶质的摩尔质量(g/mol)数值上即分子量;c 为单位体积溶液中含有的溶质质量(g/cm³);R 为 8.31×10⁶Pa·cm³/(mol·K)。当只考虑一维垂直流动时,土壤水分通量,式中称为选择系数或渗透有效系数。严格来讲,土壤水分运动与溶质运移是相互耦合的。然而,为了便于实际应用,在某些情况下,通常会独立进行求解。也就是先求解水分运动方程,接着把得到的渗流场代入溶质运移方程,之后再求解溶质的分布。00f 0 之后跟着一个括号内为空的部分,接着是 1msqkfzz,然后又是一个括号内为空的部分,之后是 1msqkzz,最后是 0f
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