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1.
为表征土壤优先流的快速非平衡运动、更准确地预测非饱和带土壤中的水流运动和溶质运移过程,该文在活动流场模型基本理论和土壤优先流表现出的分形特征的基础上,将分形理论引入到连续性模型,根据质量守恒原理建立了描述土壤优先流形式下水流运动和溶质运移过程的控制方程,发展和完善了活动流场模型理论;对比分析了活动流场模型理论与二域模型理论和活动裂隙模型理论之间的联系和区别。研究成果为运用活动流场模型解决优先流条件下土壤水流运动和溶质运移等相关问题提供了参考。 相似文献
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耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型及验证 总被引：3，自引：1，他引：2
该文旨在通过分析土壤裂隙存在下的土壤优先流运动模式与特点,建立耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型(crack preferential flow model,CP模型)。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和三维土壤裂隙网络区水流运动方程耦合。模拟与试验结果表明,增加降雨或灌溉强度能促进激活裂隙通道作为优先流通道,有利于优先流形成。CP模型及耦合方法较好地描述出了优先流运动的特点,模拟与实测的土壤饱和度均方根误差为0.016~0.025,决定系数均在0.78以上(P0.05),偏差为0.020~0.026,一致性指标为0.918~0.938。与等效连续体模型(Richards模型)相比较,CP模型模拟裂隙存在情况下土壤水流非均匀性规律更有效。研究丰富了土壤优先流理论,对提高农田水分利用率具有重要的意义。 相似文献
3.
《土壤通报》2015,(6):1386-1391
以Richards原始数据为研究对象,分析优先流区和基质流区土壤重金属浓度分布特征及含量变化,并利用土壤重金属迁移能力揭示可动区-不可动区模型所需参数条件。结果表明:(1)重金属主要分布在土壤表层,土壤表层以下,重金属分布受优先流影响显著,90%以上重金属被土壤表层滞留;(2)重金属浓度随土壤深度的增加呈现降低趋势,土壤表层重金属浓度明显高于深层土壤;(3)优先流区和基质流区内重金属(Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn)浓度变化差异不显著,总体讲,优先流区重金属浓度大于基质流区,土壤层面上重金属迁移能力表现为Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>Cd;(4)利用可动区-不可动区模型模拟优先流区和基质流区重金属浓度,根据重金属浓度分布特征及实验数据,推出Richards等实验数据相关参数必须满足D/vm>289.6。 相似文献
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基于电阻率层析成像技术的农田土壤优先流原位动态监测 总被引：2，自引：2，他引：0
针对现有观测技术无法原位监测和判别农田土壤优先流类型、发育位置和演化过程的问题,该研究采用电阻率层析成像技术对野外大尺度条件下的NaCl溶液入渗过程进行原位监测,根据不同时刻监测的剖面视电阻率分布对试验区域的土壤结构分布特征进行分析,对优先流通道发育位置、优先流类型和演化过程进行识别,同时对电阻率层析成像技术识别优先流的精度进行研究。结果表明,试验区域的土壤结构性质不均匀,水平方向5.0～10.0 m范围内的土壤较水平方向0～5.0 m范围内的土壤更为密实;入渗过程中在试验区域土壤疏松区水平方向4.0～5.0 m区间中有非均质指流形成;该指流通道在灌入NaCl溶液9～14 min完全形成,在灌入NaCl溶液60 min时完全退化成基质流;幂函数模型可用来建立剖面视电阻率与Cl-浓度之间的关系。研究成果对农田土壤优先流发育位置与演化过程的原位监测与识别以及防治因水和溶质优势入渗而引起的资源浪费、环境污染和工程地质灾害等具有参考价值。 相似文献
5.
降雨强度对优先流特征的影响及其数值模拟 总被引：8，自引：3，他引：5
为了研究优先通道发育程度对不同降雨强度下优先流特征的影响,该文选取不同深度的田间原状土样,在不同降雨强度下进行土壤优先流的室内物理模拟试验,并采用双渗透介质模型Hydrus-1D对优先流发育过程进行数值模拟。结果表明:优先通道越发育,其优先流程度越高。降雨强度对优先流速率及其增加幅度的影响随土壤优先通道发育程度的增加而增加。优先通道发育的土柱,降雨强度越大时,其土柱下端初始出流时间越短,而优先通道一般发育的土柱,其土柱下端初始出流时间均随降雨强度增加呈先减小而后增加的规律。当降雨强度小于土柱最大导水能力(原状土柱表面出现积水时的导水能力)时,优先流速率随降雨强度增加而显著增加,而当降雨强度接近或大于其最大优先导水能力时,优先流速率增加缓慢或趋于稳定。土壤优先通道对降雨入渗的导水能力(即优先流速率与降雨强度之比)随降雨强度增加而变小。双渗透介质模型能较理想地模拟优先流发育过程,对土壤基质向大孔隙排水过程的模拟较差,但模型不适用于裂隙发育的土壤。各土柱的优先流程度为93.6%~99.9%。在研究降雨强度对优先流的影响规律时,该研究考虑了优先通道发育程度对此规律的影响,丰富了优先流理论,同时对农业节水、土壤污染迁移、地下水污染风险评价以及滑坡机理等研究方面具有重要的科学意义。 相似文献
6.
喀斯特洼地退耕和耕作土壤优先流特征 总被引：10，自引：8，他引：2
应用亮蓝染色示踪技术,研究了喀斯特洼地退耕封育区土壤和耕作土壤的优先流类型及其特征,分析2种土地利用方式下的土壤优先流路径分布特征以及影响因素,并结合去除耕作层的对比试验,阐述了耕作层对优先流发生及其优先流路径发育的重要影响。结果表明,喀斯特洼地优先流类型为大孔隙流、裂隙流;耕地与自然封育区的优先流程度差异显著(P0.01),虽然其剖面染色总面积并无明显差异,但耕地染色区域主要集中在表层土壤,0—20cm范围内染色面积占染色总面积的91%,而自然封育区染色面积比仅为60%;耕地的水分入渗深度小于自然封育区,耕作层阻碍了水分入渗及优先流的产生并加强了孔隙中水分与基质的交换;耕作层以下土壤优先流程度与自然封育区差异不明显,但其优先流路径分布特征具有明显差异,自然封育区的孔隙、裂隙发育程度高于耕地,但是最大入渗深度大于退耕封育区,表明封育区更能有效的蓄持水分;植被覆盖及其根系生长通过影响土壤理化性质及其优先流路径分布导致优先流特征差异,而同时耕作层的存在对于耕作层以下部分优先流路径的发育起到关键作用。 相似文献
7.
农地非点源磷污染的优先流路径研究 总被引：3，自引：0，他引：3
优先流是一种较为常见的土壤水分运动形式,与土壤入渗、地表及地下水质密切相关,是土壤水运动机制研究由均质走向非均质领域的标志。本文介绍优先流的基本概念及特征,介绍优先流的几种分类方法并重点介绍了管流。农业非点源磷引起水体的富营养化现象非常突出,通过优先流路径迁移的非点源磷的潜力非常巨大。结合当今优先流国内外的研究现状,对非点源磷污染的优先流模拟和分析模型进行了总结和展望。 相似文献
8.
三峡库区森林土壤优先流染色特征 总被引：7，自引：2，他引：5
森林土壤优先流在涵养水源和调节径流过程中起着重要作用,林地优先流特征研究对分析森林土壤水分入渗特征和探讨森林对流域水文过程的调节机制具有重要意义。使用染色示踪法在三峡库区不同垂直带内进行森林土壤优先流染色试验,研究不同山地森林土壤的染色特征。结果表明:不同森林土壤的表层(0-10cm)染色比例和染色剂入渗深度差异较大,土壤染色垂直变化趋势也不相同。中山常绿和落叶阔叶混交林表层土壤染色比例最高,染色剂入渗最浅,土壤染色比例随深度变化呈连续下降趋势。中山常绿针叶林表层土壤染色比例和染色剂入渗深度在不同样地间存在着变异,土壤染色垂直分异特征存在一定的差异。低山常绿针叶林表层土壤染色比例最低,染色剂入渗最深,土壤染色比例随深度变化呈波动下降趋势。不同森林土壤中优先流路径数量和分布不同是导致染色特征存在差异的主要原因,而森林土壤中的根系、裂隙以及土壤物理性质等都会影响到优先流的形成。 相似文献
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引入优先流理论分析氯盐污染物在边坡土壤中的迁移机制,对揭示公路工业盐污染物迁移规律和保护路域环境具有重要意义。以鹤大高速低路基公路边坡土壤为例,采用染色示踪试验对土壤优先流路径的位置进行确定,并应用景观生态学中的空间点格局分析方法O-ring统计,对不同影响半径土壤优先流路径水平分布特征及其空间关联性进行分析。结果表明:边坡土壤优先流路径发育深度可达40 cm;相同影响半径优先流路径的数量随着土层深度的增加而减少,同一土层优先流路径的数量随影响半径的增大逐渐减少;随着影响半径的增加,聚集分布趋于显著;不同影响半径的优先流路径之间的关联性相对独立。O-ring统计,能从统计学角度量化分析土壤优先流路径的分布特征,丰富了优先流的研究方法。 相似文献
10.
[目的]明晰干热河谷区土壤优先流对红壤团聚体特征及其稳定性的影响,为该区植被恢复和水土流失防治提供理论依据。[方法]以元江干热河谷典型地段龙潭箐流域内的银合欢林地、扭黄茅荒草地为研究对象,基于染色示踪试验区分样地土壤优先流区和基质流区,利用干湿筛法结合分形理论分析两区内0—50 cm土层团聚体特征差异,并借助通径分析法表征各土壤理化因子对团聚体稳定性的影响。[结果]干湿筛后R0.25团聚体含量从大到小顺序为林地优先流区>林地基质流区>荒草地优先流区>荒草地基质流区,平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)与R0.25排序相同且呈现出随土层深度增加而减小的趋势,分形维数(D)与团聚体破坏率(PAD)则为相反规律并随土层加深D和PAD的值逐渐增大。对两区土壤团聚体稳定性影响较大的理化因子是土壤容重和黏粒含量,其决策系数分别为0.474和-0.644。[结论]荒草地土壤团聚体破坏率更高,土壤优先流区团聚体稳定性优于基质流区;土壤团聚体稳定性主要受黏粒含量、容重、有机质等因子影响。 相似文献
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《Land Degradation \u0026amp; Development》2017,28(2):648-663
Preferential flow is expected to provide preferential channels for plant root growth and variations in soil water flow, but few studies were conducted to imply the impacts of these changes, particularly for preferential flow in stony soils. This study aimed to characterize soil water flow and plant root distribution in response to preferential flow paths and quantitatively describe the relation between plant root distribution and soil water flow. Field dye‐tracing experiments centered on experimental plants were conducted to determine the root length density and soil water flow process. Laboratory analyses were performed to characterize changes in the relative concentration of the accumulated effluent and the degree of interaction between plant roots and soil water flow. The amount of fine plant roots with preferential flow paths decreased with increasing soil depth for all experimental plots. The largest plant roots were recorded in the upper soil layers to a depth of 20 cm. The relative concentration of the accumulated effluent increased with time and decreased with soil depth under saturated soil conditions, whereas a distinct early turning point for the relative concentration of the accumulated effluent was observed in the 0–20‐cm soil columns, and the relative concentration of the accumulated effluent initially decreased and then increased with time under unsaturated soil conditions. This study provides quantitative information with which to characterize the interaction between plant roots and soil water flow in response to preferential flow paths in soil–plant–water systems. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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土壤性质对入渗再分布影响的显色示踪试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
同时使用染色剂和碘离子作为示踪剂,染色剂用于示踪大孔隙通道,根据碘-淀粉显色反应确定实际流动模式。开展了6组试验,研究了土壤大孔隙特征和非均匀流动特性,比较了粉土和粘土2种土壤,入渗水量分别为20、40、60和80 mm以及不同流动边界条件下的土壤水和溶质再分布特性。实验资料显示,入渗水再分布主要受到湿润模式的影响。入渗水量较小的情况下,水流运动主要发生在大孔隙中,随着入渗水量增大,入渗模式与孔隙发育表现出显著的区别,随着入渗水量的增加,水流运动非均匀性表现出先增加,随后减小的趋势。溶质迁移非均匀性取决于水流非均匀流动特性,然而表现出更多的不确定性。 相似文献
13.
土壤中优势流的几个基本问题研究 总被引：4，自引：1，他引：3
优势流是指土壤在整个入流边界上接受补给,但只通过少部分土体的快速运移.优势流是一种普遍存在的现象,而不是一种特例.它受许多因素的控制,如土壤中的大空隙、土壤结构、土壤质地、土壤水分含量、土壤初始水分含量、水和溶质的施加速率及溶质的施加方法等.优势流的产生机理主要有2种:一种是由土壤介质的非均质性所驱动的优势流;另一种是由湿润锋的不稳定性所驱动的优势流.目前,优势流的监测方法主要有取土壤原状土、实验室内的土柱出流试验及染色示踪试验.尽管优势流的模拟非常困难,但人们仍提出了许多模型来描述它.今后优势流研究的重点应放在进行大量的综合性野外试验,以获取足够的数据资料来确切地刻划优势流;发展新的观测技术以便在时间和空间上监测优势流;建立新的模型来模拟优势流,从而进一步解决与土壤和地下水污染有关的环境问题. 相似文献
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北京地区2种类型土壤优先流染色形态特征及其影响因素 总被引：4，自引：0，他引：4
通过野外染色示踪试验结合室内图像解析技术,对北京地区2种类型土壤(淋溶褐土和潮土)进行了优先流染色形态特征及其影响因素研究。结果表明:(1)样地土壤用浓度为4g/L的亮蓝溶液27.3L染色后,淋溶褐土基质流深度均值为7.72cm,潮土为8.56cm,潮土优先流发生相对滞后;(2)淋溶褐土的优先流比、染色面积比、最大染色深度和长度指数均大于潮土,优先流现象更明显;(3)淋溶褐土优先路径集中区较多,侧向流较发达,且染色面积比和土壤深度相关性大于潮土,两者关系更密切;(4)2种类型土壤的土壤质地和土壤有机质与染色面积比显著相关(P0.01),直径为1~3mm的根长密度也和染色面积比呈显著相关(P0.05)。淋溶褐土优先流现象比潮土更明显,2种类型土壤对优先流染色特征影响较大的为土壤质地、土壤有机质和直径为1~3mm的根长密度。 相似文献
15.
汾河流域下游不同土地利用方式下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
优先流是水分和溶质在土壤中非均质性运移的普遍现象,但对其形成的优先流区和基质流区土壤团聚体稳定性的研究还较少。为了阐明土壤团聚体破碎机制的差异,研究以汾河流域下游农田、撂荒地和果园3种土地利用方式为对象,采用野外染色示踪法与Le Bissonnais(LB)法分析了土壤染色区分下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性特征。结果表明:土壤染色率主要分布在0—30 cm土层,在10—30 cm土层果园显著高于撂荒地。LB处理的>0.25 mm团聚体含量和平均重量直径(MWD)在不同土地利用方式下表现为果园>农田>撂荒地,相对消散指数(RSI)和相对机械破碎指数(RMI)则有相反的趋势。优先流区在10—20 cm土层比基质流区具有更强的团聚体稳定性以及抵抗消散作用和机械破坏能力。土壤染色率与快速湿润的MWD呈显著负相关,与RSI呈显著正相关。研究表明果园比农田和撂荒地具有更好的优先流特征和团聚体稳定性,并且优先流区抗团聚破碎能力比基质流区更强,这将有利于维持优先流途径稳定性。 相似文献
16.
“优先路径”是指土壤中植物根系穿插而产生的根孔、动物的运动通道和居穴、由于土壤膨胀收缩形成的裂隙,以及因湿润锋不稳定所形成的指状渗透通道等。通过在长江三峡曲溪小流域花岗岩林地坡面开挖土壤剖面,测定了“优先路径”在剖面的分布状况,并采取土壤样品,对土壤的物理特性用筛分法进行了室内测定。结果表明:剖面中距地表以下82～110cm范围内,土壤密度最小,其毛管孔隙度也较小,显示出其土壤中存在有较多非毛管孔隙构成的“优先路径”。“优先路径”在距地表以下80～100cm范围内,分布比较集中。该范围内含有较多粗颗粒物质,有利于“优先路径”的形成。“优先路径”的存在,使该层土壤稳渗速率较其他土层得以大幅度提高,土层内快速运动的水流,又加速了“优先路径”的形成与发展。“优先路径”的存在,影响着土壤物理特性,而土壤物理性质,对“优先路径”的形成与发展,也有较大影响。 相似文献
17.
优先流问题研究及其科学意义 总被引：11，自引：1，他引：11
优先流是近年来针对土壤水运动所提出的术语,它是一种较为常见的土壤水分运动形式,与土壤入渗、地表及地下水质密切相关。开展优先流研究,是土壤水运动机制研究由均质走向非均质领域的标志。分析优先流的基本涵义及特征,阐述大孔隙流、环绕流、管流、漏斗流、指流、沟槽流、短路流、部分置换流、地下强径流、非饱和重力流、异质流、摆动流及低洼再蓄满等优先流类型及其表征现象,论述优先流研究的科学意义,并指出了优先流研究存在的问题及未来发展方向。 相似文献
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引入分维理论评价土壤对优势流的敏感性 总被引：5，自引：0，他引：5
Food dye Brilliant Blue was introduced as the tracer in a dye-tracing experiment to obtain dye profile patterns of sandy loam soil,aeolian sandy soil,percolating paddy soil and permeable paddy soil.The dyed soil profiles were then photographed and the photos were scanned into a computer.Edited with certain software,only the dyed areas were left on the profile photos,which indicted the preferential flow paths for water and solute transport.Fractal dimensions of the dye patterns were calculated according to Arnold‘s function.Soil particle size distribution was analyzed by pipette method.The regression analysis showed that there was significant relationship between soil clay content and fractal dimension D of the dye pattern of soil profile.Based on the experiment results,the possibility of introducing fractal dimension to estimation of soil sensitivity to preferential flow is discussed. 相似文献