摘要：农田灌溉管理过程中优先流降低水肥利用效率,加剧地下水污染风险。基于碘化钾-淀粉染色示踪试验,分析了地面灌DM、微喷灌WP1(20 mm/h)、微喷灌WP2(40 mm/h)处理下的裂隙优先流特征,验证了基于水量平衡的双域渗透模型的有效性,并采用4组初始体积含水率(0.20、0.25、0.30、0.35 cm^(3)/cm^(3))与5组灌水强度(12.0、24.0、36.0、48.0、60.0mm/h)旋转组合设计进行模拟应用分析。结果表明,WP1、WP2处理整体上水分以均匀的基质流形式入渗;DM处理下的土壤剖面染色区域在垂直方向上可明显划分为基质流区(0~6.9 cm)和优先流区(>6.9 cm)。此外,DM处理下的基质流深度、灌水均匀度显著(P<0.05)小于WP1、WP2处理,而其优先流指数及湿润锋弯曲度均极显著大于(P<0.01)WP1、WP2处理,这表明地面灌可以激活更多的优先流路径,增大优先流发育程度和空间异质性,降低灌水质量。基于水量平衡的双域渗透模型可有效预测不同灌水强度下的基质流深度和土壤剖面染色面积比变化趋势(R2≥0.9276、NSE≥0.8844、RSR≤0.0230),初始体积含水率和灌水强度旋转组合设计模拟结果表明,增加灌水强度或减小初始含水率会增加优先流的程度而降低灌水质量,故建议在农田灌溉管理过程中采用“高频少量”的灌水模式以减少优先流导致的水肥利用效率降低。该研究成果可为农田灌溉决策提供理论依据,其试验数据可为优先流模型优化与验证提供重要的数据支撑。

摘要：土壤中的重金属污染物大部分源自外界的工、农业排放,地表土层是重金属迁移至地下的必经途径。由于干缩和动植物活动,地表土中存在大孔隙,形成污染物运移的优势通道,在一些情况下,这些通道是重金属穿过包气带向下迁移的唯一途径。针对胶体对重金属具有较大吸附能力且在优先流条件下具有移动性,从而可能加快重金属污染物迁移这一问题,通过等温吸附试验确定了上海表层褐黄色粉质黏土与土壤胶体对重金属镉、铅的吸附特征,制备具有可重复性优先流特征的试验土柱,进行优先流条件下胶体–重金属共迁移土柱淋滤试验,分析得到胶体–重金属共迁移规律。试验结果表明,胶体对重金属的吸附能力明显高于粉质黏土。有胶体情况下,镉出流量是无胶体情况下镉出流量的1.49倍,铅的出流量是无胶体情况下的33.88倍,有胶体情况下土上吸附的重金属和孔隙溶液中的重金属浓度都低于无胶体的情况,更多的重金属随胶体向下迁移,优先流条件下胶体明显加快了重金属的迁移。虽然铅的源浓度和淋滤时间都大于镉,但铅的出流量仅约为镉的1/13,由于易发生吸附,铅在土中的迁移能力较弱。

摘要：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（P〈0.05）,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。

摘要：生活垃圾具有大孔隙特性,垃圾中水分运动常表现出优先流特征。针对垃圾组成复杂、难以切片的特点,设计了一种能方便地得到垃圾染色剖面的试验方法。使用填埋场不同深度处的垃圾样进行染色示踪试验,对染色后的垃圾柱分别进行水平切片和竖向切片。基于数字图像处理技术,研究了垃圾中优先流特征。垃圾中大孔隙多、基质少,染色模式与土中不同,基质部分的染色比例较高。试验所得的染色面积比和染色深度能反映出垃圾中优先流的明显程度,染色面积比与参与优先流的大孔隙比例有关,染色面积比越大,优先流越明显,而染色深度与基质流比例有关,上部垃圾中基质流比例越低,入渗深度越深。不同入渗强度的试验结果表明,入渗强度越大时垃圾中优先流程度越高;不同初始含水率的试验结果表明,初始含水率高的垃圾试样中优先流更明显;不同埋深垃圾试样的试验结果表明,浅层垃圾中更易产生优先流。竖向切片与水平向切片所得规律完全一致,试验方法在实现垃圾染色示踪和切片研究的同时,未改变垃圾中优先流原有规律,准确揭示了垃圾中优先流特征。

摘要：随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理(300,600 kg/hm^2)的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm^2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数(Cv)随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34%。不同处理的优先流特征指标差异显著,5个优先流特征指标(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数和变异系数)均显示残膜处理(300,600 kg/hm^2)的优先流程度高于无残膜处理(0 kg/hm^2),可见残膜量及入渗量的增加均会增大土壤优先流的发生几率和强度。

摘要：为研究碎石土斜坡在雨水作用下的渗流特性,以2种不同级配的碎石土为坡体模型材料,利用自行设计的模型槽开展雨水作用下优先流渗流特征的试验研究。试验模拟降雨入渗及地下水变化,在碎石土斜坡内部生成浅层孔隙及深层管道网络,采用染色示踪技术结合图像处理分析碎石土斜坡内部大孔隙流、管流以及漏斗流的渗流特征及成因。试验结果表明,采用室内试验方法模拟降雨及地下水变化,对于展现坡体内部与外界水分动态交换过程,研究优先流非均匀流动特性是一种非常有效的手段。

摘要：以江西省水土保持生态科技园的耕地和枇杷林地为研究对象,通过野外染色试验和室内淋溶试验研究2种土地利用方式下的红壤优先流特征及其对氮运移的影响。结果得出:2种土地利用方式下优先流的分布特征有明显的区别。耕地优先流到达的最大深度为40 cm,枇杷地优先流到达的最大深度为60 cm。耕地的优先流宽度随着深度的增加而逐渐较小,枇杷地的优先流宽度随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势。耕地和枇杷地淋出液总氮的浓度都随着试验时间增加而逐渐增加,在试验前120 h内,枇杷地淋出液总氮浓度比耕地淋出液总氮大,在120 h之后,两地淋出液总氮浓度大致相等,但是,枇杷地所有淋出液总氮的平均浓度是耕地的1.21倍。硝酸根离子在耕地的穿透速率比在枇杷林地快。耕地淋出液检测到总氮是在试验开始后4 h,枇杷地淋出液检测到总氮是在试验开始后8 h。

摘要：为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明:大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.

摘要：选择典型黄土塬区——长武塬及长武塬边的王东沟小流域作为研究区,对研究区内降水、不同地表植被类型下0~15 m深度范围内的土壤水、井水和泉水样品进行采集,对比分析了各水体氢氧稳定同位素的组成特征,进而对黄土塬区地下水补给方式进行判定。结果发现:降水同位素组成与氘盈余呈现出“先减小后增大的趋势”的季节变化趋势;土壤水样氢氧同位素点样分布于当地大气降水线(Local Meteoric Water Line,LMWL)的右下方,分布较为离散,土壤水入渗过程中活塞流与优先流共同存在;地下水样氢氧同位素点样分布于LMWL和土壤水分蒸发线(Soil Water Euaporation Line,SWEL)之间,其离散程度远小于雨水与土壤水样品;黄土塬区地下水主要接受土壤水通过活塞流和优先流的双重入渗补给。

摘要：黄土塬区土层巨厚,土壤入渗过程包括优先流和基质流,但其两流区入渗过程不同于山区等区域。目前,分布式水文模型在黄土高原应用时未考虑优先流对降雨入渗过程的影响,造成模型在黄土高原应用时模拟失真,精度较低,大大限制了流域分布式水文模型的广泛适用性。基于传统降雨入渗模型(Green-Ampt模型),研究通过引入总土壤饱和含水量和土壤总饱和导水系数,改进分布式水文模型,构建黄土塬区两流区WEP分布式水文模型。选择黑河流域作为研究区域,分别利用改进前、后的WEP模型模拟研究区的降雨径流过程,对比验证WEP模型改进后的适用性。结果表明:与传统WEP模型相比,通过考虑两流区影响:对于月径流而言,流域断面逐月径流量相对误差绝对值均小于0.05%,Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.69;而未改进模型的相对误差为0.06%~0.24%,Nash-Sutcliffe效率系数在0.66~0.70之间;改进后的模型率定期Nash-Sutcliffe效率系数由0.66升高至0.69,相对误差绝对值由0.24%降低到0.05%,在验证期内Nash-Sutcliffe效率系数由0.70提升到0.73,相对误差由0.06%减小到0.01%。针对日径流过程而言,模型改进后,Nash-Sutcliffe效率系数由-4.22提升到0.64,相对误差由57.17%降低到19.80%。通过考虑两流区对降雨入渗的影响,WEP模型对黑河流域断面月径流量以及日径流量过程的模拟效果明显改善,表明改进后的WEP模型在黄土塬区具有较好适用性,有助于增强对水分入渗过程的认识。