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优先流综述

农业水土工程新进展课程论文

—优先流问题综述

姓名：

王铄

专业：

农业水土工程

学号:

0908280957

优先流问题综述

0引言：

在20世纪70与80年代,多次发生“怪异”的污染现象。

如1980年,居住在美国长岛东部的居民非常惊恐地发现,他们有大约1000多个饮用水井被Aldicarb所污染,而这种杀虫剂通常用来杀死科罗拉多番茄瓢虫。

熟悉当地情况的管理者对这种杀虫剂到达地下水如此快,并且如此高浓度很疑惑。

长岛现象并不是个案,随后又多次有此类问题出现,即农用化学物质造成了地下水污染,并对人类生存造成严重威胁。

这种较高浓度的地下水杀虫剂现象,与笔者所谈的优先流现象密切相关。

其实早在1864年研究入渗过程中的“大孔”现象就是优先流研究的开始,J.B.Lawes等人于1882年,通过排水实验,研究了这一现象。

G.R.Free等人在1940年,研究了68种土壤的理化性质,发现入渗速率与非毛管孔隙度之间有一定的联系。

1943年,Bodman等发现当水被加入到干旱土壤时,有一个特殊的湿润峰,其最大土壤含水量接近田间持水量。

R.E.Horton认为,土壤裂隙、虫孔与根孔,都能显著增加人渗。

1952年,Hill分析得出多孔介质孔隙在重力驱动下存在非饱与流现象。

上述研究,都是早期有关优先流的描述,但当时并未引起人们足够的重视。

从上述论述中,可以知道优先流是一种较为常见的土壤水分运动形式,与土壤入渗、地表及地下水质密切相关。

开展优先流研究,是土壤水运动机制研究由均质走向非均质领域的标志。

当优先流作为专业术语广泛地应用于表层水与地下水领域研究时,也以较高频率出现在科学与工程文献中,并得到了工业与制造业的承认,如制造业文献报道过土壤大孔隙具有提高与降低工业物质迁移效率的作用;在采矿业,优先流现象影响到采矿操作中尾料处理工作,将无污染物质放置于被断定是较易发生优先流的地方,以减少有害物质的渗流量。

1优先流基本内涵

对于所有的优先流,其流动过程都可以看作为流聚集进入集中区域,这种聚集可以在土壤表面及亚表面发生。

“优先流”作为名词术语,用于描述一个过程,在这一过程中,大多数水及其携带的污染物质通过一个孔隙介质,沿着喜欢的流动路径并环绕过介质中部的其他部分而快速运动;而作为水平衡的一个结果,中部的保留部分,水必须流动得相当慢,或根本不动。

这一概念暗指在相对不动水域的对流溶质移动时间比优先流路径还要长,并且,如果水真的不动,此过程将无限延长。

对于后者情况,局部的溶质在水分可动与不可动区域之间的转换,就代表另一个重要的溶质迁移过程。

优先流是一种常见现象,大量研究表明:

如果不考虑土壤结构,只要水入渗穿过土壤中的渗透区域,就有优先流出现。

许多专家针对所研究内容,对“优先流”进行概念表述,提出自我认识。

如张洪江等认为,土壤水流过程由2部分组成,即快速非平衡的优先流与混合置换过程的基质流。

Beven等定义优先流为“快速穿过大孔隙系统,并绕过土壤基质的水流”。

Bouma认为,优先流是“进入大孔隙,并穿过非饱与土壤基质的自由水流”。

Helling与Gish针对土壤中植物根系穿插而产生的根孔、动物的运动通道与居穴、土壤的干缩缝以及因湿润锋不稳定所形成的指状渗透通道等方面,以它们对水流与溶质运移的传导作用为依据,将其称为“优先路径”,将水分与溶质通过优先路径经过多孔介质的过程称为优先流。

现在,对于土壤优先流定义公认的观点是:

“优先流是用于描述在多种环境条件下发生的非平衡流过程的术语”。

优先流作为水在土壤中的某一部分的运动,快于其他部分的现象的反映形式,使土壤剖面出现不规则的湿润程度;所以,优先流的一个重要特征是在湿润时,含水量峰值部分能够快速蔓延到某种深度,而环绕大部分的基质孔隙空间,其运移速度远远超出Richards方程预测范围。

优先流的另一个重要特征,是它本身的非平衡性,即优先流作为一个流动路径,在此路径中,入渗水没有充分的时间与土壤基质的缓慢运移的其他部分保持平衡,而具有非平衡性。

2　优先流类型及其现象表述

在优先流定义及表征特征指导下,优先流表现形式较多,并具有不同的反映现象的名称,如大孔隙流（macroporeflow）、环绕流（bypassflow）、管流（pipeflow）、漏斗流（funnelflow）、指流（fingerflow）、沟槽流（channelflow）、短路流（shortcircuitingflow）、部分置换流（partialdisplacement）、地下强径流（subsurfacestormflow）、非饱与重力流（gravity-drivenunstableflow）、异质流（heterogeneity-drivenflow）、摆动流（oscil-latoryflow）及低洼再蓄满（depression-focusedrecharge）等。

现将几种主要现象表述如下。

2.1　大孔隙流

大孔隙流从20世纪70年代初就已引起关注,即土壤水分与溶质能够绕过土壤基质通过大孔隙迁移,到达深层土壤甚至是地下水,并且早在1882年,Lawes等发表文章论述的有关现象,就是针对于现今所说的“大孔隙流”展开的。

大孔隙流的主要作用机制,在于土壤中有大孔隙的存在,导致水分入渗时湿润锋的动力学不稳定性,产生速度差异很大的非均匀流场,并在宏观上影响土壤水分与溶质的运动。

大孔隙流通常在粉砂与黏质土壤发生,在饱与及非饱与土壤中,都可能出现。

目前还没有严格的大孔隙定义与孔径范围,但一般来说,可以从以下几个方面来界定土壤大孔隙:

1）大孔隙的空间尺度,Luxmoore提出大孔隙范围是>1mm,还有一个观点是孔径在0·03~3mm范围内为大孔隙;2）排空大孔隙内全部水量时所需要施加的压力（5kPa）;3）土壤导水率大小（1~10mm/h）。

通常认为以水动力学观点划分大孔隙,是相对科学的方法。

对于大孔隙流,需要考虑孔隙本身的尺度,一般来说,存在2种情况,即伴有“非常大的孔隙（Verybigpores）”的大孔隙流与伴有“小孔隙（Smallerpores）”的大孔隙流。

早期大孔隙流研究主要针对管流。

管流也可以看作是大孔隙流的一个特例,它被认为是一条近乎与土壤表面平行发展的连续大孔隙链,这条大孔隙链从亚北极的湿地到热带雨林都可能见到,就被称作“土壤管道（soilpipes）”,水流过这条管道的过程,被称为管流。

大量研究表明:

在降雨期间,这种来自土管的大量管流较易出现,其速度远远高于达西地下水流,并与径流、土壤含水量及地下水质密切相关。

2.2　指流

Mabuchi、Miller与Gardner等针对湿润峰不稳定的实验研究被认为是早期的指流研究阶段。

到1972年,Hill与Parlange构建实验,系统分析层状土壤湿润峰的不稳定,并认定就是这种湿润峰的作用,形成了指流。

后来多次实验研究分析表明,指流现象形成的主要原因是非均质性与不稳定性（但土壤可能均质）,由非均质性行为而形成的指流,通常与小孔隙或中孔隙相伴出现在黏土中,由不稳定原因而形成的指流常出现在驱水性沙土中。

指流现象通常发生在细质土壤覆盖在粗质土壤上面,有一个窄的湿润区直接出现在组织交界面的下面（感应区）。

所以,一般认为指流有2个主要机制,即土壤的驱水特性与重力作用。

Hill与Parlange认为,指流的速度等于饱与传导率除以底部饱与含水量,但也有人说,指流的速度与大小是由初始含水量决定的。

2.3　漏斗流

漏斗流是由于土壤的非均质性引起的土壤水分运动方式,通常是指在细土土壤剖面中有1个或几个粗土斜夹层,当非饱与流到达斜层时,水流沿斜层表面倾斜流动,水流流至斜夹层的下端时,则以漏斗流形式垂直向下流动。

漏斗流的流动通常较大,如果水流中夹带污染物,其浓度也比较高。

Kung认为,漏斗流与指流不同点在于,漏斗流主要依赖于水的施加速率与地层配置（整个土壤体中有一倾斜的粗质地透镜体）,而与土壤剖面的初始水分含量无关。

当水与溶质的施加速率比临界速率（水开始进入粗质地透镜体）大得多时,水与溶质将不可避免地流入整个土壤剖面,漏斗效应将逐渐消失。

漏斗现象不仅出现在非常干燥的沙土中,而且在含水量达到或超过田间持水量的土壤剖面也可发生。

漏斗流大大地加速了污染物的运动,并把污染物集中在一起,绕过粗质地透镜体下面的土壤基质,向地下深部运移。

漏斗流常在沙土发生,其倾斜层状结构就似毛管携带者,直接携带水进入集中的水管中。

2.4　非饱与重力流

非饱与重力流由Hill在1952年首次提出,后来许多研究工作者通过实验研究发现,当出现下列情形时,土壤就会有非饱与重力流现象:

1）饱与导水率随深度增加而增加;2）土壤具有驱水性;3）在入渗水的湿润峰有进气压。

针对上述所有描述情况,对非饱与重力流的现象描述主要是湿润峰变慢且峰不稳定,峰被分成不连续指状;随着湿润峰的减慢,就是进压力梯度的反转过程。

在稳定条件下,进气压力梯度下降,当峰达到初始不稳定时,进气压力梯度反过来上升,并且形成指状。

由此可以认为,非饱与重力流是土壤处于非饱与状态时指流的表现形式。

2.5　异质流

异质流主要形成于多维系统中,在具有高度空间相关异质土壤中较易出现,与沿多条连续的渗入通道及毛管中流动产生的优先路径有关。

Toiber-Yasur在1999年,研究分析了在土壤剖面之外的溶质的深层迁移到渗流区的过程,他在一定周期内,将灌溉水与自然降水施加入内有水及溶质的175m2的区域,同时加入2种可吸收农药及1种溴示踪物,在水施加110cm后,在研究区域随便选定位置处,挖深20cm的土壤剖面,发现在核心样带,化学物质分布是不规则的,此优先流现象被认为是异质流作用的结果。

3优先流的影响因素

优先流路径具有空间可变性,其产生是静态（内在）与动态（外在）因素作用的结果。

静态因素主要通过土壤基本性质而反映出来,动态因素表现在土壤及农作物管理等方面。

3.1　静态（内在）因素

3.1.1　土壤性质　土壤质地与结构的差异使土壤含水量不同,影响土壤水文过程,并影响优先流的表现形式及反映现象。

在沙质等粗质土壤中,优先流与土壤驱水性有关,并可能发生一系列现象,如从湿润峰不稳定到指流,并最终形成沙丘的湿柱;大孔隙流现象通常在粉沙与粘质土壤出现;非饱与重力流与指流常出现在沙质或者细粒驱水性土壤;漏斗流常在砂土发生,其层状倾斜结构就似毛管携带者,直接携带水进入集中的水管中;异质流现象在具有高度空间相关异质土壤中较容易发生。

依靠土壤层位及持水特性,水与溶质在结构与非结构土壤中的流动也存在差异,一般来说,在结构土壤中,优先流首先在土壤表层出现,在非结构土壤中,优先流随时可以在土壤的任何层出现。

优先流及其迁移过程与土壤的有机质含量有关,粘土与砂土相比,有较强结构的粘土阻碍优先流穿透过程,所以水及溶质在沙壤土中运动较粘土快。

3.1.2　生物因素　生物因素是成土过程中最重要的一种因素,对土壤的性质有重要影响,是形成土壤大孔隙的一个重要原因,同时苔藓层与根系层等又是非饱与重力流等形成的诱发因子,生物因素对优先流产生具有至关重要的作用。

本文以生物因素对大孔隙流作用为例来阐述说明。

动物是形成大孔隙的一个重要因素,如蚯蚓与蚂蚁通过钻进与伸出土壤,从土壤有机质中获取养分或者食用土壤表层新鲜的植物营养,为亚表层大孔隙与土壤表层水与化学物质之间建立更多的联系,并影响优先流过程;同一种动物的不同亚种的活动对优先流的影响不相同,并且还需考虑生境（包括食物来源）。

植物根系对土壤优先流形成具有重要作用,其内部根孔（尤以垂直根孔为主）是形成土壤大孔隙的重要因素之一,是产生优先流现象的主要机制。

在森林中,没有人为干扰,土壤中的大孔隙可以保持很长时间,由树根形成的大孔隙在含有30%粘粒的土壤中可保持50~100a,而一些动物如蚂蚁、鼹鼠所形成的可保持几百年,大孔隙存在的时间与土壤的结构稳定性有关。

3.1.3　土壤初始含水量　土壤初始含水量是层状土壤上层物理特征的一个功能的反映,因此,它也是土壤上层持水曲线与毛管传导率作用的反映,对层状土壤的优先流产生具有重要作用。

Edwards等实验研究发现,第1次降水30mm后过1周,进行第2次降水,两者水流的穿透时间存在较大差异。

Edwards认为土壤初始含水量低时,在降水初期干燥的表层土壤颗粒与降水之间存在不湿润界面,限制了水向土壤基质的入渗。

在初始含水量较高的土壤,施加农药,短时间的降雨,农药的迁移路径却很深。

3.2　动态（外在）因素

3.2.1　降雨强度与灌溉方法　降雨强度与灌溉方法影响优先流运动过程,Bouma与Dekker研究发现在干粘质土壤中,含示踪染料的溶质施用速度与总量会影响染色带的深度。

优先流始于降雨或灌溉速率超过土壤入渗率或出现饱与流的时候,高的降水强度使化学物质高度迁移,低降水强度使化学物质较少迁移。

降雨强度对优先流的影响还表现在影响水与溶质的融合时间,从而影响到迁移速度。

由于各季降雨量存在差异,所以季节变化对优先流及优先迁移也有较大影响。

Gang-LingRen等通过不同灌溉方法对优先流影响的实验研究发现,积水条件下溶质优先迁移的速度大于喷灌条件下溶质的优先迁移,并且两者的水流通量近似相等。

3.2.2　耕作方式　影响土壤物理特性的一个主要农业管理方法就是耕作。

耕作范围从免耕地到较小耕地到连续深耕,耕作改变了土壤的结构与孔隙度,进而影响到土壤、大气与水的交换关系。

耕作系统还影响包括腐殖质层与大型脊髓动物群落地区土壤的生物特征,并通过它们影响生物、温度与含水量等化学过程。

免耕增加了土壤渗透性,流向地下水中的污染物比耕地也相应增加,同时免耕地中的大型脊髓动物也极大地驱动优先流产生。

3.2.3　干湿与冻融交替　受季节交替影响,在干湿及冻融交替过程中,土壤随水分增加与减少而发生膨胀与收缩。

如在干燥季节,土壤结构体收缩,在地表产生宽而深的裂隙,在湿润季节,土壤结构体膨胀,其表面相对紧密,土壤膨胀与收缩的程度与土壤质地有关。

区自清等研究分析指出,冻融与干湿交替均可使土壤产生大孔隙与优先流路径,而且前者的作用较后者强。

动态（外在）因素可能影响程度较大,如干旱裂隙后的降雨郁闭而出现的干湿交替过程;但也可能变化非常慢或有季节性,如杀虫剂残余物运移。

上述优先流静态与动态因素（内在与外在因素）有效地决定了优先流的起源及过程,对这些内外因素详细了解,以及在一个给定研究区域中,清楚明白什么因素是最重要的判定标准,将有助于确定研究方法、明确现象特点及利用模型模拟优先流迁移过程。

4　土壤优先流研究的基础理论

4.1　能量理论

将能量观点融入土壤水分入渗规律是土壤物理学研究的飞跃。

土水势是表示土壤能量的物理量,一般由重力势、压力势、基质势与溶质势等分势构成。

从土水势是土壤水分运动的主要决定因素及土壤水分运动的能量角度出发,可知土壤优先流作为非平衡与快速流,存在土水势的高度不平衡性。

4.2　混沌及分形理论

混沌及分形理论是20世纪70年代,在非线性科学研究中取得的重要成果之一。

混沌理论侧重于从动力学角度研究不可积系统轨道不稳定性,分形理论侧重于从几何学角度研究不可积系统几何图形的自相似性,它们与许多具体的自然现象相联系,而成为一门活跃的非线性交叉学科,并在物理、化学、生物、地学及大气学中获得了广泛的应用。

“混沌”一词常用于描写物体动态过程。

规则（非混沌状态）、随机与混沌系统都有各自的轨道模式,如异质性裂隙介质中的混沌流形态形成的主要原因是水动态不稳定及其依存条件（包括降雨、温度、气压与含水量等）,它们通过如裂隙系统的几何连接度、小尺度裂隙异质性与粗糙度、空气截留与移动、传导性裂隙堵塞、基质裂隙排水动力学、有效水孔隙变量与水渗透性等非线性因素的综合作用而反映,水滴下落、大气温度、河流排水、降雨与氧气同位素浓度等动态例子都可以反映这些系统参数的非线性混沌行为。

非饱与异质性与裂隙物质的非线性行为可以用非线性普通与局域微分方程表示,它是有界非周期方法,是确定性的、混沌-随机的并融有噪音成分,可用于预测水流与溶质迁移,短期预测可用指数表示,但如果存在动态变化,则需长期预测。

Sposito与Weeks通过研究可知Lagrangian方程可用于稳定条件下的三维溶质被动对流分析;Weeks与Sposito将混沌理论用于Borden立地实验得到的结果可用于非稳定流混合特性与拓扑分析;土壤与裂隙岩石中非饱与流的混沌与随机研究可以利用诸如Hurst指数、Lyapunov指数、容量维、相关维与信息维与相关时间等一系列参数来估计。

Prazak研究发现通过粗质孔隙介质中的重力水渗流实验所观察到的不规则摆动不能用传统理论解释;在裂隙网格中二相断续流的可能机制原因可用Thunvik与Braester所作的数字模拟实验解释,水从裂隙中滴落,随时间不规则运动,并存在一个波动区域;Geller利用平行盘之间的滴落水开展断续水流随时间变动实验,并通过实验分析在粗糙玻璃表面上,混沌成因的重要性。

分形是用来描述物质占有空间结构的概念,是一种数学抽象,客观世界不是真正的分形,也不是真正的连续体。

1975年Mandelbort首次提出分形几何学,用于描述自然界中许多不规则事物。

1992年Natano等将分形理论引入土壤结构分析中,发现孔隙分维数与溶质运移的Brenner数有密切关系,从此之后,分形理论及方法在大孔隙流及溶质运移研究领域被广泛推广应用。

分形几何作为一种实效方法,有自相似性与分形维数两个重要特征,它只需很少数据就可确定出土壤大孔隙流性质,具有省时、省力等优点;分形理论与混沌理论、时间序列分析方法相结合,有效促进了优先流及优先运移理论发展,同时开展土壤优先流的时空变化规律研究,是今后研究的方向。

4.3　渗透理论

渗透理论所涉及的研究尺度范围极广,从孔隙到田间尺度,现已在孔隙及裂隙介质中的水运动规律研究中得到广泛应用。

渗透理论具有直觉式反映特征,可用于复杂流动网格研究,并为孔隙管道、毛管与裂隙网格模型的建立提供概括性表述。

传统渗透理论与网格连通性极度相关,如相对渗透性的稳定流研究,现在“入侵渗透”及其变量已经广泛用于溶质混合置换动态研究中,如毛管指状与重力指状等。

虽然渗透理论适合渗透介质流动的基本现象与格局描述,但在实际田间实验中,如何利用渗透理论来构建模型,解决问题,至今尚未明确。

“细胞自动机”动态模型是入侵渗透最常见的表现形式,它是一种时间、空间与状态均离散的格子动力学模型,具有描述局域相互作用、局部因果关系的多体系统所表现出的集体行为及时间演化的能力,已广泛用于解决不同尺度上的流动性动态问题。

其中“有限扩散聚合体（DLA）”已经用于水文动态非饱与混合置换的粘性指状分析;“晶格结构气体模型”经实践论证特别适合于在不规则孔隙体中流动的小尺度（孔隙水平）上作模型模拟分析。

利用入侵渗透构建的模型近几年也开始在流动与运移田间尺度上得到有效利用,并且应用于断裂岩石中的溶质运移规律研究。

4.4　非稳定湿润锋理论

优先流是土壤入渗过程中出现的一种现象,土壤入渗过程根据土壤剖面含水率分布大致可分为饱与区、含水率有明显降落的过渡区、含水率变化不大的传导区与含水率迅速减少到初始值的湿润区四个区,湿润区的前锋称为湿润峰,优先流发生常伴有湿润锋的不稳定性。

由Rats、Philip以及Parlange与Hill发展的非稳定湿润锋理论认为,如果湿润锋的速度随着入渗深度而增加,锋面将变得不稳定,这就意味着开始呈平状的湿润锋,当受到一个小扰动时,将增长并最终成为优先流路径。

引起湿润锋不稳定的机理有多种,如土壤的驱水性、湿润锋前部空气压力的增加、非蓄水降雨的入渗（降雨强度小于土壤饱与水力传导率）、成层性土壤及土壤非均一的水力传导率,在这些因素中,人们研究比较多的是土壤驱水性对不稳定湿润锋的影响。

通常干旱地区的驱水性土壤难以湿润,迫使水与溶质经由优先流路径而通过非饱与带;在驱水性土壤中,经历了长时期干旱,下第一次雨后,优先流路径较易出现,在两条开始仅是微湿的优先流路径之间的干旱土壤,难以湿润,而优先流路径则变得越来越湿,这些路径可保持很长一段时间,但是当水位很高、整个土壤饱与或者持续长时间干旱等情况发生时,这种优先流路径却可能消失。

4.5　优先流模型

土壤优先流导致传统Darcy定律推算的迁移速度、迁移时间与迁移量不可信,依据均质假设建立的模型预测不准,有关溶质运移的对流-弥散模型不能充分描述田间运动过程,所以需要构建优先流模型。

目前用于优先流分析的模型,主要是针对示踪物迁移过程,综合考虑研究目的、基础过程的深度、模拟的灵敏性与准确性及野外条件的变动性等因素,模型定量研究主要依靠统计学方法（statisticalapproach）与现象学方法（phenomenologicalapproach）两种途径。

统计方法是不考虑水分与溶质运动机理,建立在概率理论基础上的随机模型模拟的方法,即从田间或实验室测得化学物质的浓度,将溶质迁移时间结构参数化。

这种方法不是精确预测,只得出一个范围。

E.Bresler及W.A.Jury等人都曾用这种方法建立模型。

现象方法就是构建一个确定性的数学模型,并用解析法或者数值法来求解。

应用时,需根据研究目的及实际情况,选定相关参数及辅助方法进行分析。

以上述方法为基础,综合考虑模型本身特点、模拟方法及选定参数条件,构建优先流模型,一般来说,优先流模型分为机理模型、随机模型、确定性模型与传递模型4类。

构建模型时,需考虑运移路径连续性,可以通过在平衡孔隙介质连续模型公式及离散路径公式表示。

连续模型依靠水文与离散平衡连续体基础上的明显流动路径进行构建,如果孔隙介质本质上不能渗透,如断裂岩石,它可能形成单一平衡连续体;如果孔隙介质完全可渗透（或者活跃反映）,可能作为相互作用系列,活跃活动的连续体就可以形成诸如“双孔”模型。

离散路径公式需要对几何路径清楚的表达,包括从一个简单非反应裂隙到相互作用路径的复杂网格结构。

5　优先流研究的科学意义

5.1　有利于正确认识径流形成机制

优先流是一种快速非平衡的土壤水分运动,早期优先流研究主要针对管流,优先流现象极大地影响了表面径流及地下径流形成机制。

在流域暴雨径流形成过程中,优先流运动起到了至关重要的作用,并且优先流与基质流之间的交换,也对流域径流形成产生较大的影响,由于森林枯落物层、根系以及蚯蚓等生物活动,引起大孔隙的优先流运动,使得森林流域径流形成,可以主要受到地下水径流与亚表层径流的控制。

较早开始验证斜坡产流与优先流的关系,始于美国学者Beasley,他于1976年在密西西比州北部面积为0·05~0·09hm2的有林流域坡体下端挖掘壕沟,对侧方渗流与河川径流进行了3年同步观测,依据观测的结果,推断出侧方渗流对降雨反应敏感,这种快速产流是由于腐烂根与生物形成的相互连通的大孔隙引起的。

进入20世纪80年代,McCaig在英国约克郡的一小流域中观测到了管流,认为侧方快速产流是由管流引起的。

到90年代,溶质运移研究进入鼎盛阶段,其施用的示踪溶质也开始进入优先流的研究领域,如Jardine等人用溴离子在野外观测了溶质的不饱与运动,调查了大小孔隙间溶质浓度的变化;G.V.Wilson在OakRidge小流域挖掘壕沟,将产流的水分分为旧水与新水,观测表明,在大流量时,滞水与下部土层中的地下水有着密切关系,推测是经由中间不饱与土层中大孔隙的绕流引起的。

5.2　深化森林涵养水源机理功能

森林植被涵养水源的生态功能,—直是社会关注的重大问题,也是当今生态科学研究的热点。

根系层是形成森林植被水文功能的核心地带,理解根系层水文过程,是了解森林水文功能形成机制的关键,而优先流是发生在根系层中的水分快速非平衡运动,它对森林水分整体运动过程有重要的影响,并且优先流研究中常提到的大孔隙所形成的深层贮水,是半干旱半湿润地区植物水分的重要来源;所以,强化森林土壤优先流研究,可深化森林涵养水源机理的研究,在理论上可加深对森林调节水文过程的认识,在实践上用于预测土地利用变化对水资源