有关多孔介质中指流的研究综述及展望①

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1、土壤(Soils),2008,40(1):27~33①多孔介质中指流的研究综述及展望李贺丽1,2，李怀恩1*，王智3，史文娟1（1西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，西安710048；2中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；3美国加利福尼亚州立大学Fresno分校地球与环境科学系，弗雷斯诺，加利福尼亚93740)摘要：指流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移形式，指流的研究对土壤水分调节、灌溉方式的确定、土壤及地下水污染预测、污染物迁移过程模拟及生态环境保护等具有重要影响。本文根据国内外指流的研究现状，从指流的发生条件、产生机理、量化判

2、据、侧向扩散、影响因素以及数学模型等方面对指流研究已取得的主要成果进行综述和简评，以期为进一步的深入研究提供参考。关键词：指流；非稳定流；发育规律；影响因素；数学模型中图分类号：S157.1近年来的最新研究表明,土壤水溶液在自然与扰快速地抵达深层，加速了土壤和地下水的污染,影响动土中运动时的主要区别在于是否可能发生大孔隙流了农药、杀虫剂等药效的充分发挥，也减少了植物对[7-12](macroporeflow)、漏斗流(funnelflow)和非稳定流水分和养分的吸收。[1](unstableflow)－总称为优先流(preferential指流是在抽取石油的过程

3、中发现的，最早的针[4-6]flow)。大孔隙流显然是由于土壤物理、化学和生物孔对性研究可追溯到20世纪50年代。在土壤学领隙所致，一般限于表层。大孔隙流对饱和土壤水的运域几乎无人想到会有指流发生。直到1972年，Hill和[1][13]移影响较大，其流量可用Poiseuille法则计算。漏Parlange利用层状土(细质土覆盖于粗质土之上)斗流是由于土壤中坡度各异的层状结构和零星障碍物进行积水入渗时发现了指流现象，指流才受到越来越[14-47](或土壤空间变异性)所致。降雨或灌溉停止后的非饱多的关注和研究。指流发生时，占土体很小一部和土壤水将避开大孔隙和疏松以

4、及难以透水的介质，分的指流路径会通过较大的流量,因此，指流研究对选择进水值较低且导水率较高、最易下渗的通道漏入土壤水分调节、灌溉方式的确定、污染物迁移过程模[2]深层。漏斗流呈“伸舌”状，最初被称舌流。漏斗拟、土壤及地下水污染预测与生态环境保护等具有重[1]流可用Richards方程模拟计算。较为复杂的非稳定要意义。无论在实验方面还是理论分析方面，指流的流是在土壤水下渗过程中由于湿润锋界面水-气二相研究都已取得了许多重要成果。本文将对指流的物理流动态失衡所致，结果产生“指形”流道，或称指流机制、发育规律、影响因素、数学模型等方面已取得[3]。非稳定流可以在完美的

5、均质和非均质土中发生，的主要成果进行综述和简评，以期为进一步研究提供也可以在无介质条件下水-气-油多相推移过程中发生参考。[3-6]。因此，非稳定指流的形成实质是由于流体动力学1指流产生的物理机制的原因。介质的参与可以在不同程度上影响指流的发生机率和形态。当舌流和大孔隙流的前锋呈非稳定状1.1指流产生的宏观条件[2-8,11-46]时指流也会在孔壁或裂隙中形成。指流不仅可将有限大量的实验研究证实，在许多土壤和水力的地表水和土壤水引入地下数十米甚至地下含水层造条件下都可能产生指流。其中被普遍认可的条件有：成污染，而且可以较快地疏干表层土壤水进而造成提①层状结构土壤

6、中，若细质土层位于粗质土层之上，[7-8][13-14,16-23]前干旱。这使农业用水管理中降雨和灌溉以及以水则下渗过程中易出现指流；②具有斥水性压盐的效果不如想象的那么理想，同时使可溶性物质(water-repellency)的土壤中水分的下渗过程易出现指①基金项目：陕西省重点实验室访问学者专项计划项目(05JF11)和国家自然科学基金项目(50479067)资助。*通讯作者(lhuaien@mail.xaut.edu.cn)作者简介：李贺丽(1982—)，女，河南驻马店人，硕士研究生，主要从事环境水文方面研究。E-mail:lhl237666@126.co

7、m28土壤第40卷[24-25,30,34]流；③当入渗率小于湿润锋所在介质的饱和导属性。细质土的进水值低于粗质土，因此当水流穿越[11-41]水率时，粗质土壤中易发生指流；④土壤入渗过有明显层状的土壤时，若细质土在上，粗质土在下，程中，若湿润锋前的空气不能被及时排出而导致气阻水流会在界面处形成基质势正梯度，故而产生不稳定[29-30,42-46][13-14,16-23]或土壤空气受压时，则易于产生指流；⑤入渗指流。反过来，若粗质土在上，细质土在下，[7-8,34-36,结束后土壤水的再分布过程中也易出现指流粗质土中原有的稳定流在下层细质土中仍为稳定流，45]

8、；⑥由密度和黏度不同的两