土壤介质特征对水分再分布过程中指流发育的影响.pdf

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1、第26卷2010钲第6期6月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．6Jun．201065土壤介质特征对水分再分布过程中指流发育的影响李贺丽1,2,3，李怀恩蜮(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．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：指流研究对农业水肥资源有效利用、环境和水资源污染防治等具有重要意义。为研究土壤介质特性对水分再分布过程中指流发育的影响，该文采用粗质石英砂和

2、细质石英砂2种不同的土壤介质进行试验，探讨了土壤质地、土壤结构(包括均质土体、质地成层土体和湿度成层土体)、土壤初始含水率等土壤介质特征对水分再分布过程中指流发育的影响。通过分析试验结果可知，水分再分布过程中，土壤质地较粗时易于形成指流；增大土体初始含水率会抑制指流的形成和发展；湿润锋向F推移速度受土体初始含水率和指流发育情况的耦合影响；与均质土体相比，细质石英砂覆盖于粗质石英砂之卜的层状结构土体中指流的形体更为明显，但其指流发育所需的时间相对较长；而由湿度1i同构成的层状结构土体中指流发育进程较慢、程度

3、较弱。研究表明，水分再分布过程中，土体介质的质地、结构和初始含水率等特性能够对指流现象的发生、发展产生重要影响。关键词：入渗，水流，土壤，指流，水分再分布doi：10．3969a．issn．1002—6819．2010．06．012中图分类号：S157．1文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一06—0065—06李贺丽，李怀恩．土壤介质特征对水分再分布过程中指流发育的影响[J]．农业工程学报，2010，26(6)：65—70．LiHeli，LiHuaien．Effectsofmedium

4、characteristicsOnfingerflowduringsoilwaterredistribution[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(6)：65--70．(inChinesewithEnglishabstract)0引言指流(fingerflow)，即在多孔介质中流道形似“手指状”的一种水分运移方式，属于优先流。区别于其他形式的优先流(如大孔隙流、漏斗流等)，指流不是由介质非均质性造成的，其可以在完美的均质介质中产生【11。最早的指流研究始于20世纪50年代的

5、石油领域，在土壤学领域，指流研究自20世纪70年代才受到越来越多的关注121。指流的发生能较快地疏干表层土壤水造成提前干旱，从而亦影响作物对养分、农药和杀虫剂的利用效掣引，因此，指流研究对农业水肥利用效率、环境和水资源污染防护等具有重要意义。目前，国内外对水分入渗过程中指流发生、发展和影响因素进行了大量研究卜B1。普遍认为，水分在细质土覆于粗质土之上的层状土体中入渗时易出现指流14,9-12]；水分在斥水性(water-repellency)土壤中入渗时易出现指流【81；当水分入渗率小于土壤介质的饱和导水

6、率时，粒径较粗的均质土体中也易发生指流1刨；水分入渗过程中，若湿润锋前的空气不能被及时排出而导致气阻或土壤空气收稿日期：2009-07-07修订日期：2010-06-09基金项目：国家自然科学基金项目(50979090)：国家重大科技水专项(2008ZX07317-004-001)作者简介：李赁丽(1982～)，女，河南遂平县人，博士研究生，主要从事生态水文方面的研究。北京中国科学院地理科学与资源研究所，100101。Emaih1111237666@126．COITI※通信作者：李怀恩，教授，博士生导师，

7、主要从事生态水文与水资源保护方面的科研与教学工作。西安西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，710048。Email：muaien@mail．Xatlt．edu．cn受压时，易于产生指涮”】：2种密度和黏度不同的液体在多孔介质中入渗时，易出现指流【5J。此外，土壤介质的初始含水率亦会影响水分入渗过程中湿润锋的不稳定性【7J。总体上讲，指流是多方面因素造成的干扰波在临界非稳定状态下产生耦合放大的结果，土壤介质和流体特性是指流产生的内因，施水方式、系统的初始和边界条件是促使指流产生的外部条件【14

8、1。最近研究表明[15-161，入渗结束后的水分再分布过程中也可以出现指流。国内对此研究极少，仅李贺丽等1171探讨了前期供水量、实验土箱尺寸、溶液浓度等因素对水分再分布过程中指流发育的影响。土壤介质作为指流发生和发展的重要媒介，研究其结构特性和初始条件对水分再分布过程中指流发育的影响亦非常必要。据此，本文采用粗质石英砂和细质石英砂这2种不同的土壤介质进行试验，探讨了土壤质地、土壤结构(包括均质土体、质地成层土体和湿度成层土体