土壤优先流模型理论与观测技术的研究进展.pdf

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1、第32卷2016焦第6期3月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．6Mar．2016土壤优先流模型理论与观测技术的研究进展盛丰，张利勇，吴丹(长沙理工大学水利工程学院，长沙410114；水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，长沙410114)摘要：优先流是土壤中常见的和重要的水流运动和溶质运移形式。由于土壤优先流的形成和影响因素众多、表现形式多样，加之土壤优先流的快速非平衡特征明显以及土壤高度的空间变异性，准确描述

2、和模拟土壤优先流的时空变化特征一直以来都是土壤水文学界的热点问题和难点问题。该文从优先流的定义、表现类型、形成和影响因素、模型理论与观测技术等5个方面综述了土壤优先流的研究进展，指出该领域今后的主要研究方向为建立土壤优先流的统一判别标准、提升优先流模型理论的有效性、发展优先流的专用观测技术设备。文章对深入研究土壤优先流具有参考价值。关键词：土壤；水；模型；优先流；大孔隙流；指流；模型理论；观测技术doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．06．001中图分类号：S152．7文献标志码：A文章

3、编号：1002—6819(2016)一06-0001—10盛丰，张利勇，吴丹．土壤优先流模型理论与观测技术的研究进展【J】．农业工程学报，2016，32(6)：1—10．doi：10．11975，j．issn．1002—6819．2016．06．001http：／／www．tesae．orgShengFeng，ZhangLiyong，WuDan．Reviewonresearchtheoriesandobservationtechniquesforpreferentialflowinunsaturatedsoil[J]

4、．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(6)：1-10．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．06．001http：／／www．tcsae．org0引言优先流(preferentialflow)，又称优势流、非均匀流，是土壤中常见的和重要的水流运动和溶质运移形式。国内外对优先流有多种定义，但

5、直到现在也没有完全统一的标准。通常认为非均匀水流或优先流有2个重要特征【l】：一是水流运动过程中，部分湿润锋能以较快的速度发展到一定深度而绕过大部分土壤基质和孑L隙；二是水流非平衡特征non-equilibriumnature)，因为各种原因，相比土壤基质孑L隙中慢速运动的剩余水，以优先流形式出现的渗透水没有充分的时间达到平衡。国内外众多的研究成果表明，优先流在土壤中是广泛存在的而非特例。目前，优先流研究涉及农田生态系统、湿地生态系统、草原生态系统、森林生态系统、农林牧复合生态系统等多种生态系统回；研究尺度从单个孔隙

6、、单个土体块到区域水平上的集水区嘲；研究的内容包括杀虫剂[41、氮磷元素[51、胶体[61、非水相流体171、营养物181、微生物191等；研究的土壤类型扩展到冻土I姗、黑土【ll】、碎石土112】等多种特殊土壤；研究的地貌类型也已扩展到山地【131、喀斯特岩溶地貌【14l、黄土丘陵地貌嘲等多种特殊地貌。人渗水和溶质在局部优先流通道中的快速迁移和运动，增大了农业灌水和施肥的渗漏损失、缩短了污染物在土壤中的反应与降解时间、减少了土壤颗粒及有机质对污染物的吸附和截留，从而加剧了地下水收稿日期：2015—09—28修订日期

7、：2016—01—26基金项目：国家自然科学基金资助项目(51579020，51109017)；湖南省自然科学基金资助项目(13JJ3069)作者简介：盛丰，男，汉族，湖南株洲人，副教授，博士，主要从事非饱和带土壤水动力学与水土环境方面的研究。长沙长沙理工大学水利工程学院，410114。Email：fsaint8586@163．coIn受污染的风险[16-171。此外，优先流改变了降雨在地表和地下的分配，影响地表径流和地下径流过程，是泥石流、山体滑坡和崩塌及水土流失等环境地质灾害的诱发因素之一㈣。因此，准确地模拟和预

8、测优先流的时空变化规律对于农业灌水和施肥的高效利用、地表水和地下水污染控制以及地质灾害防治等都有重要的意义。本文着重介绍土壤优先流研究的模型理论与观测技术，旨在为全面了解和深入研究优先流提供参考。1优先流的表现类型优先流的形成因素众多、表现形式多样，主要的和目前研究比较多的有大孔隙流(macroporeflow)和不稳定指流(也称指流或指状流，