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第1章 土壤大孔隙流及其对坡面产汇流影响的研究进展1

1.1研究背景与目的意义1

1.1.1背景介绍1

1.1.2目的意义2

1.2优先流的分类及其基本理论2

1.3大孔隙流理论的研究现状3

1.3.1大孔隙的定义4

1.3.2大孔隙的成因4

1.3.3大孔隙流产生的条件5

1.3.4大孔隙流产生的影响及后果7

1.3.5影响大孔隙流的因素9

1.4大孔隙流理论的发展趋势10

1.4.1分形几何在土壤学及大孔隙流理论中的应用10

1.4.2流体力学新方法在大孔隙流理论中的应用14

1.4.3大孔隙流理论发展趋势15

1.5土壤大孔隙流实验技术研究进展16

1.5.1土壤大孔隙结构的观测技术16

1.5.2大孔隙土壤中含水量及其空间分布特征的观测技术20

1.5.3大孔隙土壤水力学特征参数的观测技术20

1.5.4大孔隙流室内和田间实验20

1.5.5大孔隙流实验技术进展总结22

1.6土壤大孔隙流模拟技术研究进展22

1.6.1两域（two-domain）模型22

1.6.2多域（multi-domain）模型32

1.6.3数值（numerical）模型33

1.6.4两阶段（two-phase）模型34

1.6.5混合层（mixing- layer）模型35

1.6.6多尺度平均（multiple-scale average）模型37

1.6.7随机（stochastic）模型38

1.6.8模拟技术研究进展总结38

1.7大孔隙流及溶质迁移数值软件39

1.7.1 MACRO模型39

1.7.2 HYDRUS模型40

1.7.3 IN3 M模型41

1.7.4 RZWQM模型41

1.7.5 SIMULAT模型42

1.7.6可用于大孔隙流计算的其他模型42

1.8大孔隙流理论在流域模型中的应用进展43

1.8.1 DSFDM模型44

1.8.2 DHSVM模型44

1.8.3 CATFLOW模型45

1.8.4 MIKE-SHE模型45

1.8.5 HYDAS-DRAIN模型46

参考文献46

第2章CT确定土壤大孔隙空间分布57

2.1 CT扫描原理57

2.2国内外研究进展57

2.3 CT扫描实验材料和图像处理59

2.3.1土柱59

2.3.2 CT扫描61

2.3.3图像处理64

2.4大孔隙空间网络的识别65

2.5大孔隙空间网络参数的确定69

2.5.1大孔隙网络和分支70

2.5.2弯曲度70

2.5.3空间水力半径70

2.5.4大孔隙网络的密度、配位数、连通性和亏格71

2.5.5确定大孔隙空间网络分布参数72

2.5.6大孔隙网络分布参数的分析76

2.6照影剂在土壤大孔隙中的运移109

参考文献110

第3章 大孔隙土壤水力参数和溶质运移参数研究112

3.1土壤基本性质112

3.2饱和导水率的确定112

3.2.1土壤基质的饱和导水率112

3.2.2土壤大孔隙的饱和导水率计算115

3.2.3原状土壤整体的饱和导水率118

3.2.4饱和导水率实验118

3.2.5土壤大孔隙饱和导水率估算值与实测值的对比分析120

3.3土壤水动力弥散系数的确定120

3.3.1实验材料、原理和方法121

3.3.2大孔隙对土壤水动力弥散系数的影响123

3.4土壤水分特征曲线124

3.4.1土壤水分特征曲线及应用124

3.4.2描述土壤水分特征曲线的模型125

3.4.3土壤水分特征曲线的测定126

3.4.4土壤水分特征曲线的拟合及运动参数的推求127

3.4.5大孔隙对土壤水分特征曲线形状的影响129

3.4.6大孔隙对土壤水分特征曲线参数的影响130

3.4.7大孔隙对田间持水量和凋萎系数的影响130

3.5比水容重和土壤非饱和导水率130

3.5.1原状土和扰动土比水容重的对比分析131

3.5.2原状土和扰动土非饱和导水率的比较分析133

参考文献134

第4章 大孔隙土柱水流实验和土槽人工降雨实验研究136

4.1大孔隙土柱水流实验136

4.1.1实验材料与方法136

4.1.2大孔隙数量对水分在土壤中运移的影响139

4.1.3大孔隙形状对水分在土壤中运移的影响144

4.1.4大孔隙直径对水分在土壤中运移的影响150

4.2土槽人工降雨实验152

4.2.1实验设计152

4.2.2下垫面和降雨强度对产汇流及溶质迁移转化的影响170

参考文献195

第5章 基于格子波尔兹曼方法的大孔隙土壤下渗模型研究196

5.1格子波尔兹曼方法的基本原理197

5.1.1 LBM-BGK模型简介197

5.1.2 Burgers方程还原方法199

5.2两域模型的构建及数值解法研究203

5.2.1两域模型的构建方法概述203

5.2.2两域模型构建204

5.2.3两域模型的数值解法研究207

5.3土柱下渗模型及验证229

5.3.1土柱实验介绍229

5.3.2均质模型在扰动土柱水盐运移模拟中的应用230

5.3.3两域模型在原状土柱水盐运移模拟中的应用233

5.4坡面下渗模型分析及验证236

5.4.1建模原理236

5.4.2模型参数及求解241

5.4.3模型率定及验证245

参考文献251

第6章 含有大孔隙的坡面汇流模型以及溶质流失模型研究253

6.1坡面汇流模型分析及验证253

6.1.1引言253

6.1.2坡面运动波讨论254

6.1.3 Preissmann四点隐式差分法257

6.1.4 Lattice Boltzmann法260

6.1.5方法比较262

6.1.6实验验证268

6.2溶质流失模型分析和验证271

6.2.1引言271

6.2.2影响土壤溶质流失的因素271

6.2.3大孔隙对坡面溶质流失的影响274

6.2.4模糊神经网络278

6.2.5建模思想280

6.2.6仿真验证281

参考文献283

第7章 基于大孔隙的流域产汇流模型研究285

7.1模型构建285

7.1.1产流模型285

7.1.2汇流模型287

7.2流域概况介绍293

7.2.1自然地理概况293

7.2.2水文气象情况294

7.2.3资料整理296

7.2.4精度指标299

7.3模型应用299

参考文献307