長江三峽紫色砂頁巖區(qū)優(yōu)先流形成及其運動機理
《長江三峽紫色砂頁巖區(qū)優(yōu)先流形成及其運動機理》對優(yōu)先流的基本內(nèi)涵和研究進展進行了較為系統(tǒng)的總結和歸納，并以長江三峽紫色砂頁巖區(qū)優(yōu)先流為研究對象，以重慶市江津區(qū)為試驗基地，選擇林地和農(nóng)地典型坡面，采用染色法和點格局法分析了優(yōu)先路徑在土壤剖面上的水平分布和垂直分布特性，并分析了優(yōu)先流形態(tài)的空間異質性�；谌旧窂綄挾�，對優(yōu)先流進行了分類，并探討了優(yōu)先流對水分條件的響應。從影響優(yōu)先流的外部因素和內(nèi)部因素出發(fā)，研究了優(yōu)先流形成的機理，并以野外和室內(nèi)測定原狀土的基本參數(shù)為基礎，借鑒國外在優(yōu)先流研究方面的方法及部分成果，修正了長江三峽紫色砂頁巖區(qū)優(yōu)先流模型。
《長江三峽紫色砂頁巖區(qū)優(yōu)先流形成及其運動機理》可供從事水土保持、森林水文及土壤物理環(huán)境科學等方面的科技工作者使用，也可作為水土保持、環(huán)境科學、水利和林業(yè)等專業(yè)高年級本科生、研究生和相關教師的參考書。
更多科學出版社服務，請掃碼獲取。
作為土壤水分運動的一種特殊形式，優(yōu)先流能夠在土壤中快速運動，對溝道徑流乃至河川洪水過程（包括洪水歷時和洪峰流量等）均可能產(chǎn)生較大影響。由于其成因和運動規(guī)律的復雜性，優(yōu)先流成為世界水文學研究的重點和難點問題之一。優(yōu)先流的成因主要受外部因素和內(nèi)部因素共同作用：外部因素主要為土壤初始含水量、水分梯度、降水過程等水分條件；內(nèi)部因素一般認為是與“植物一土壤”相關的環(huán)境因子，主要包括土壤密度、有機質含量等土壤理化性質，以及植物的根重密度、根長密度等植物根系特征。優(yōu)先流對土壤水分運動具有重要影響，它不僅影響水分入滲速度，還影響壤中流的水分通量、水力性質等。同時，通過使土壤水分快速運動，優(yōu)先流還可能是導致小流域洪峰流量陡起陡落的原因之一。
本研究團隊于1992年開始在張洪江先生帶領下進行優(yōu)先流的資料收集及準備工作，首先在湖北省秭歸縣建立了固定的觀測試驗點，對長江三峽花崗巖地區(qū)優(yōu)先流進行了深入系統(tǒng)的研究，獲得了包括國家自然科學基金、瑞典國際科學基金、國家科技支撐計劃在內(nèi)的多個項目資助。
目錄
前言
第1章優(yōu)先路徑及優(yōu)先流研究進展1
1.1優(yōu)先流及優(yōu)先路徑定義1
1.1.1優(yōu)先流定義1
1.1.2優(yōu)先路徑定義2
1.2優(yōu)先流觀測方法2
1.2.1直接測定法2
1.2.2間接描述法4
1.3優(yōu)先路徑及優(yōu)先流形成機理5
1.3.1優(yōu)先路徑成因5
1.3.2優(yōu)先流產(chǎn)生的機理7
1.4土壤水分運動模擬研究現(xiàn)狀8
1.4.1土壤水分運動概念模型8
1.4.2計算機模型12
1.4.3模型模擬13
1.5存在問題與研究展望16
1.5.1存在問題16
1.5.2研究展望16
第2章研究區(qū)概況及研究方法18
2.1三峽庫區(qū)概況18
2.1.1地質地貌18
2.1.2氣象18
2.1.3水文19
2.1.4土壤19
2.1.5植被20
2.2研究地區(qū)概況20
2.2.1地質地貌21
2.2.2氣象23
2.2.3水文23
2.2.4土壤23
2.2.5坡面土地利用概況25
2.3研究內(nèi)容與研究方法25
2.3.1研究內(nèi)容25
2.3.2研究方法26
第3章土壤優(yōu)先流形態(tài)特征及其空間異質性38
3.1林地壤中流過程與優(yōu)先流形態(tài)特征39
3.1.1闊葉林土壤優(yōu)先流發(fā)生與形態(tài)特征39
3.1.2針葉林土壤優(yōu)先流發(fā)生與形態(tài)特征41
3.1.3針闊混交林土壤優(yōu)先流發(fā)生與形態(tài)特征42
3.1.4灌叢土壤優(yōu)先流發(fā)生與形態(tài)特征43
3.2林地土壤優(yōu)先流形態(tài)變化規(guī)律44
3.2.1林地土壤優(yōu)先流形態(tài)的縱向變化規(guī)律45
3.2.2林地土壤優(yōu)先流形態(tài)的橫向變化規(guī)律51
3.3林地土壤優(yōu)先流形態(tài)的空間異質性57
3.3.1林地壤中流過程及優(yōu)先流形態(tài)的空間變化58
3.3.2滲透水量對土壤優(yōu)先流空間異質性的影響59
3.4農(nóng)地土壤優(yōu)先流形態(tài)特征60
3.4.1水平染色剖面優(yōu)先流形態(tài)特征60
3.4.2豎直染色剖面優(yōu)先流形態(tài)特征66
3.5農(nóng)地土壤優(yōu)先流形態(tài)變化規(guī)律67
3.5.1水平染色剖面優(yōu)先流形態(tài)變化規(guī)律67
3.5.2豎直染色剖面優(yōu)先流形態(tài)變化規(guī)律82
3.5.3優(yōu)先流形態(tài)變化及其影響因素85
第4章優(yōu)先流發(fā)生類型及其對水分條件的響應87
4.1垂直染色剖面表面積密度與染色路徑寬度分布88
4.1.1林地土壤垂直染色剖面的表面積密度88
4.1.2林地土壤染色路徑數(shù)量的垂直變化規(guī)律93
4.1.3林地土壤染色路徑寬度分布特征94
4.2壤中流過程中的優(yōu)先流發(fā)生類型判定98
4.2.1基于染色路徑寬度的壤中流類型劃分標準98
4.2.2不同類型林地土壤優(yōu)先流的發(fā)生類型98
4.3土壤優(yōu)先流類型對林地水分條件的響應104
4.3.1土壤優(yōu)先流類型對初始含水量的響應104
4.3.2土壤優(yōu)先流類型對水分梯度的響應105
4.3.3土壤優(yōu)先流類型對滲透水量的響應106
第5章土壤優(yōu)先路徑的空間分布規(guī)律108
5.1林地水平染色剖面內(nèi)優(yōu)先路徑數(shù)量109
5.1.1林地水平染色剖面優(yōu)先路徑信息提取方法109
5.1.2不同類型林地土壤優(yōu)先路徑的水平空間分布數(shù)量110
5.2農(nóng)地優(yōu)先路徑位置及數(shù)量115
5.2.1水平染色剖面優(yōu)先路徑分布位置及數(shù)量115
5.2.2豎直染色剖面優(yōu)先路徑分布位置及數(shù)量121
5.3林地優(yōu)先路徑的水平空間分布狀態(tài)122
5.3.1點格局分析方法及其原理123
5.3.2低滲透水量下林地優(yōu)先路徑的水平空間分布狀態(tài)124
5.3.3高滲透水量下林地優(yōu)先路徑的水平空間分布狀態(tài)127
5.4農(nóng)地優(yōu)先路徑的空間分布狀態(tài)132
5.4.1水平染色剖面優(yōu)先路徑分布狀態(tài)132
5.4.2豎直染色剖面優(yōu)先路徑分布狀態(tài)139
第6章紫色砂頁巖區(qū)土壤優(yōu)先流形成機理141
6.1土壤理化性質對土壤優(yōu)先流形成的影響141
6.1.1優(yōu)先流發(fā)生區(qū)域的土壤密度142
6.1.2優(yōu)先流發(fā)生區(qū)域的土壤質地143
6.1.3優(yōu)先流發(fā)生區(qū)域的有機質含量144
6.2植物根系對林地土壤優(yōu)先流形成的影響146
6.2.1根長密度與土壤優(yōu)先流的關系146
6.2.2根重密度與土壤優(yōu)先流的關系147
6.2.3植物根孔與土壤優(yōu)先流的關系148
6.3紫色砂頁巖林地土壤優(yōu)先流發(fā)生的影響因素149
6.4土壤優(yōu)先路徑形成的影響因素152
第7章優(yōu)先路徑對土壤水分運動影響154
7.1CoupModel公式介紹與參數(shù)選擇154
7.1.1土壤水分過程154
7.1.2植物水分過程157
7.1.3土壤蒸發(fā)及輻射過程159
7.2CoupModel參數(shù)的不確定性分析162
7.3土壤水分運動初次模擬165
7.3.1針闊混交林樣地土壤水分運動模擬165
7.3.2針葉林樣地土壤水分運動模擬172
7.3.3結果分析179
7.4模型結構調整180
7.5模型結構調整后模擬181
7.5.1針闊混交林樣地土壤水分運動模擬181
7.5.2針葉林樣地土壤水分運動模擬182
7.5.3結果分析184
7.6優(yōu)先路徑對土壤水分運動模擬的影響186
第8章土壤水分動態(tài)對不同類型降水過程的響應187
8.1試驗區(qū)降雨特征187
8.1.1次降雨量及降雨強度187
8.1.2日降雨量及降雨日數(shù)188
8.1.3降雨類型及區(qū)域特殊降雨過程189
8.2不同類型降雨過程下針闊混交林地土壤水分響應190
8.2.1暴雨過程190
8.2.2綿雨過程193
8.3不同類型降雨過程下針葉林地土壤水分響應195
8.3.1暴雨過程195
8.3.2綿雨過程197
參考文獻200
深入、系統(tǒng)地研究林地土壤水分運動規(guī)律對于揭示森林流域徑流形成機制、修正洪水預報模型具有十分重要的意義。本研究選擇三峽庫區(qū)紫色砂巖林地為研究對象，采用野外觀測、室內(nèi)試驗、點格局分析與模型(COUPmodel)模擬結合的方法，探討紫色砂巖區(qū)林地土壤水分運動影響因素及土壤優(yōu)先路徑對植物根系生長的響應機理，通過對觀測樣地土壤水分動態(tài)的耦合研究，并結合林地土壤優(yōu)先路徑分布特征對COUPmodel模型結構進行調整，最終建立適用于三峽庫區(qū)紫色砂巖林地的土壤水分運動模型，促進三峽庫區(qū)土壤水分運動規(guī)律研究。這對于進一步認識林地水分再分配、流域水循環(huán)機制和三峽庫區(qū)洪水發(fā)生發(fā)展規(guī)律具有重要現(xiàn)實意義，并對深化森林水文學內(nèi)容，豐富土壤物理學、流域水文學和水土保持學內(nèi)容具有深遠理論意義。
書單推薦
