第1章 优先流及其研究现状 1
1.1 优先流现象认识及研究史 2
1.1.1 土壤中优先流研究史 2
1.1.2 其他多孔介质中大孔隙流研究 4
1.2 优先流基本内涵 4
1.2.1 优先流定义 4
1.2.2 优先流分类 5
1.2.3 优先流产生条件 9
1.3 优先流研究进展 10
1.3.1 国外优先流研究进展 11
1.3.2 国内优先流研究进展 13
1.4 优先流研究理论 13
1.4.1 能量理论 14
1.4.2 混沌及分形理论 14
1.4.3 渗透理论 16
1.4.4 非稳定湿润锋理论 16
1.5 土管研究方法 17
1.5.1 水的吸附与解吸附、N的吸附和Hg注入法 17
1.5.2 土柱浸泡法 17
1.5.3 田间土壤开挖法 17
1.5.4 染色法 18
1.5.5 土壤水分穿透曲线法 18
1.5.6 张力渗透仪法 18
1.5.7 CT扫描法 19
1.5.8 地透雷达法 19
1.5.9 磁共振影像 19
1.5.10 扫描显微法 20
1.6 优先流实验 20
1.6.1 优先流室内实验 20
1.6.2 优先流田间实验 20
1.7 优先流研究展望 21
1.7.1 引入新的野外观测技术 21
1.7.2 建立适用模型 21
1.7.3 分析优先流水文特性 22
1.7.4 拓展研究领域 22
第2章 优先流产生环境 23
2.1 植物根孔与优先流 23
2.1.1 植物根孔 23
2.1.2 根孔与优先流 24
2.2 土壤物理性状与优先流 25
2.2.1 土壤质地 25
2.2.2 土壤结构 30
2.2.3 土壤孔隙 32
2.3 土壤水分与优先流 33
2.3.1 土壤水分形态 34
2.3.2 土壤水分数量 36
2.3.3 土壤水分能态 39
2.3.4 土壤水分特征空间变异性 49
2.3.5 土壤水分与优先流 49
2.4 气候与优先流 50
2.5 人类活动与优先流 50
第3章 土壤水分及优先流运动波方程 52
3.1 土壤水分运动达西定律 53
3.1.1 饱和土壤水分运动达西定律 53
3.1.2 非饱和土壤水分运动达西定律 55
3.2 非饱和土壤水分运动基本方程 56
3.2.1 质量守衡原理与基本方程 56
3.2.2 基本方程形式 58
3.2.3 柱坐标及球坐标系中土壤水分运动的基本方程 63
3.2.4 非饱和土壤水分运动的Richards方程 68
3.3 无植物根系时非饱和土壤水分运动波方程 69
3.3.1 主方程 69
3.3.2 初始条件和边界条件 70
3.3.3 K-θ关系 70
3.4 q（θ）＝K（θ）时的运动波方程 71
3.4.1 区域D1内的解 73
3.4.2 湿润锋确定 76
3.4.3 湿润锋确定的其他办法 78
3.4.4 前进速度确定 78
3.4.5 区域D2内的解 80
3.4.6 区域D2的自由边界 81
3.5 复杂条件下非饱和土壤水分运动波方程 84
3.5.1 复杂湿润地表情况下运动波方程 84
3.5.2 有植物根系时的运动波方程 87
3.6 优先流运动波方程 97
3.6.1 主方程 98
3.6.2 恒定损失函数 98
3.6.3 损失变量函数 100
第4章 研究区概况及研究方法 103
4.1 长江三峡库区概况 104
4.1.1 地质地形 104
4.1.2 气候 105
4.1.3 土壤 106
4.1.4 植被 107
4.1.5 水文 110
4.1.6 库区花岗岩分布 111
4.2 试验区概况 111
4.2.1 地理位置 111
4.2.2 地形状况 111
4.2.3 土壤概况 113
4.2.4 气候特征 113
4.2.5 植被条件 113
4.2.6 观测点概况 113
4.3 研究内容与方法 114
4.3.1 优先流观测 116
4.3.2 流域地表径流观测 116
4.3.3 坡面地表径流观测 117
4.3.4 降雨观测 117
4.3.5 土壤物理特性测定 117
第5章 优先流路径及其分析 121
5.1 研究区土壤物理特性及其对优先流路径的影响 122
5.1.1 土壤颗粒特性 122
5.1.2 土壤孔隙特性 127
5.2 土壤水理特性及其对优先流路径影响 128
5.2.1 土壤水分渗透特性 128
5.2.2 土壤水分特征曲线 146
5.3 优先流路径类型及其分布 147
5.3.1 优先流路径分布 147
5.3.2 优先流路径分布检验 149
5.3.3 优先流路径种类 151
5.4 优先流路径对土壤水分再分配的影响 152
5.4.1 再分配过程 152
5.4.2 再分配过程中的滞后现象 156
5.4.3 优先流路径特性与土壤水分再分配的关系 157
5.4.4 优先流与土壤水分间相互作用 158
第6章 优先流运动特性 160
6.1 优先流特征 161
6.1.1 水力学特性 161
6.1.2 产流总体特性 170
6.1.3 空间分布特征 176
6.2 优先流在壤中流中的作用 176
6.2.1 优先流与渗流分析 176
6.2.2 优先流对壤中流锋值的影响 179
6.2.3 优先流对壤中流的贡献 180
6.3 优先流对坡面地表径流的影响 181
6.3.1 优先流对坡面地表径流量的影响 181
6.3.2 优先流对坡面地表径流过程的影响 184
6.4 优先流对流域地表径流的影响 186
6.4.1 优先流对产流机制的影响 186
6.4.2 优先流对流域地表径流总量的影响 192
6.4.3 优先流对流域地表径流历时的影响 195
6.4.4 优先流对流域地表径流洪锋的影响 197
6.4.5 优先流与流域地表径流的关系 198
第7章 降雨与优先流的关系 200
7.1 研究区降雨特性 201
7.1.1 年降雨统计特性 201
7.1.2 长历时暴雨统计特性 203
7.1.3 短历时暴雨统计特性 205
7.2 暴雨时空分布 206
7.2.1 资料来源及分析方法 206
7.2.2 暴雨时空分布 206
7.2.3 三峡库区暴雨基本特征 206
7.3 降雨过程特征 206
7.3.1 试验流域降雨分布 206
7.3.2 降雨年际变化 207
7.3.3 降雨过程特征 207
7.4 降雨对优先流的影响 209
7.4.1 降雨量对优先流的影响 209
7.4.2 降雨强度对优先流的影响 210
7.4.3 降雨过程对优先流的影响 214
7.5 降雨对优先流过程综合分析 218
7.5.1 降雨因子对优先流作用 219
7.5.2 降雨因子主成分分析 220
第8章 优先流模拟模型 223
8.1 区域型模型 224
8.1.1 单域模型 224
8.1.2 两域模型 224
8.1.3 多域模型 227
8.1.4 混合层模型 227
8.1.5 多尺度平均模型 227
8.2 阶段型模型 228
8.2.1 两阶段模型 228
8.2.2 两流区模型 228
8.3 分形模型与数值模型 229
8.3.1 分形模型 229
8.3.2 数值模型 230
8.4 黑箱模型与随机模型 231
8.4.1 黑箱模型 231
8.4.2 随机模型 231
8.5 水力传导模型 232
8.5.1 水流遵循方程 232
8.5.2 溶质非平衡运移 234
8.5.3 热传导方程 235
8.5.4 方程的数值解 235
8.6 耦合模型 237
8.6.1 大孔隙中的绕流 237
8.6.2 水汽流动 238
8.6.3 土壤水力性质 239
8.6.4 不饱和导水率 239
第9章 研究区优先流模型建立 241
9.1 模拟模型概述 242
9.2 边界条件模拟 243
9.2.1 植被生长过程 243
9.2.2 潜在蒸发散 243
9.2.3 植被截留和冠层蒸发 244
9.2.4 土壤温度 245
9.3 土壤水分运动模拟 247
9.3.1 水力特征值 247
9.3.2 水分交换 247
9.3.3 土壤排水 248
9.3.4 根系吸水 249
9.4 土壤水分数值解 250
9.4.1 基质流求解 250
9.4.2 优先流求解 252
9.5 溶质运移 252
9.5.1 溶质吸附与交换 253
9.5.2 溶质运移方程的离散化 255
9.5.3 溶质运移的边界条件 255
9.6 模型建立 256
9.6.1 植被作用 256
9.6.2 优先流运动 256
第10章 优先流模型模拟及评价 258
10.1 参数设置 258
10.1.1 驱动变量 259
10.1.2 边界条件设定 259
10.1.3 管理条件设定 259
10.1.4 土壤物理特性参数 259
10.2 模型模拟 260
10.2.1 有效路径长度 260
10.2.2 过程模拟 260
10.2.3 入渗率及水分交换 261
10.3 模型评价 263
10.3.1 模拟结果与实测结果比较 263
10.3.2 模型应用评价 267
主要参考文献 268
结语 274