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第1章 绪论1

1.1 土壤优先流的概念与研究意义1

1.1.1 大孔隙流2

1.1.2 指流3

1.2 形成和影响因素分析4

1.2.1 土壤结构和质地4

1.2.2 入渗初始条件和边界条件4

1.2.3 土壤水流自身运动的非稳定性5

1.3 优先流的理论研究方法5

1.3.1 连续性模型理论5

1.3.2 离散型模型理论8

1.3.3 混沌与分形理论9

1.4 常用优先流数学模型12

1.4.1 单一孔隙模型12

1.4.2 双重孔隙模型13

1.4.3 双重渗透模型14

1.4.4 多重孔隙和多重渗透模型16

1.4.5 弥散限制聚合模型16

1.4.6 随机层叠模型17

1.5 优先流的实验研究方法19

1.5.1 微张力测量技术19

1.5.2 声波探测技术20

1.5.3 非侵入式影像获得技术20

1.5.4 地下雷达探测技术22

1.5.5 电阻率层析成像技术23

1.5.6 示踪成像技术23

参考文献25

第2章 数字图像处理技术35

2.1 颜色模式与图像格式35

2.1.1 颜色模式35

2.1.2 图像格式38

2.2 BMP格式文件44

2.2.1 BMP格式文件类型45

2.2.2 BMP格式文件组成47

2.3 颜色和流动信息之间的关系49

2.4 临界关系法51

参考文献53

第3章 染色示踪成像技术54

3.1 引言54

3.2 入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动的影响56

3.2.1 试验和方法56

3.2.2 试验观测结果58

3.2.3 入渗条件对土壤水入渗深度的影响59

3.2.4 入渗条件对土壤水流运动非均匀特征的影响61

3.2.5 入渗条件对优先流通道尺寸的影响62

3.2.6 小结63

3.3 微灌系统灌水入渗均匀性分析64

3.3.1 试验和方法64

3.3.2 微灌系统灌水入渗特性分析66

3.3.3 微灌系统灌水均匀性检验70

3.3.4 入渗水和溶质分布均匀性分析71

3.3.5 小结73

参考文献73

第4章 离子显色示踪成像技术76

4.1 引言76

4.2 优先流运动的非均匀性和变异性78

4.2.1 试验和方法78

4.2.2 试验观测结果81

4.2.3 剖面内和剖面间土壤水流运动的非均匀性和变异性82

4.2.4 不同入渗水量条件下土壤水流运动的非均匀性和变异性84

4.2.5 小结86

4.3 灌水效率显色示踪试验研究87

4.3.1 试验和方法87

4.3.2 试验观测结果90

4.3.3 灌水效率分析93

4.3.4 灌溉条件下溶质运动与分布特性分析95

4.3.5 小结97

4.4 土壤大孔隙发育特征及其对水和溶质输移的影响98

4.4.1 试验和方法98

4.4.2 试验观测结果100

4.4.3 流动结构分析102

4.4.4 土壤大孔隙发育特征分析102

4.4.5 大孔隙效应分析104

4.4.6 小结105

参考文献106

第5章 水流运动分形本构方程110

5.1 分形基本理论110

5.1.1 分形理论的形成与发展110

5.1.2 分形的定义与性质112

5.1.3 分形维数113

5.2 本构方程建立114

5.3 分形特征参数计算117

5.3.1 试验和方法117

5.3.2 染色面积和土壤含水率分布120

5.3.3 土壤质地对染色区土壤含水率分布的影响121

5.3.4 活动流场模型分形特征参数计算125

5.3.5 小结127

5.4 入渗条件对流动非均匀程度的影响127

5.4.1 试验和方法127

5.4.2 染色面积分布130

5.4.3 初始含水率对流动非均匀程度的影响131

5.4.4 入渗水量对流动非均匀程度的影响134

5.4.5 试验尺度对流动非均匀程度的影响137

5.4.6 土壤质地对流动非均匀特征的影响138

5.4.7 分形特征参数与随机层叠模型参数的比较140

5.4.8 小结141

参考文献142

第6章 分形控制方程144

6.1 控制方程建立144

6.1.1 水流运动控制方程144

6.1.2 溶质运移控制方程建立147

6.1.3 与二域模型和活动裂隙模型的比较148

6.2 模型有效性检验150

6.2.1 试验和方法150

6.2.2 SWMS＿2D程序简介152

6.2.2 模型检验的模拟条件设置153

6.2.3 相对均方根误差和加权变异系数154

6.2.4 活动流场模型分形特征参数计算154

6.2.5 模型模拟结果分析155

6.2.6 小结158

6.3 模型模拟连续入渗过程158

6.3.1 试验和方法158

6.3.2 定解条件和参数确定159

6.3.3 模型模拟结果分析160

6.3.4 小结164

6.4 模型模拟垃圾填埋场覆盖层中的水分运动165

6.4.1 滕发覆盖渗滤控制机理165

6.4.2 试验和方法167

6.4.3 信息量与复杂性测度168

6.4.4 模型模拟结果172

6.4.5 土壤水分动态信息量和复杂性测度分析174

6.4.6 小结182

6.5 模型参数敏感性分析182

6.5.1 敏感度定义182

6.5.2 模拟条件设置183

6.5.3 敏感性分析结果184

6.5.4 小结186

6.6 模型发展——两区两阶段分形模型186

6.6.1 模型提出背景186

6.6.2 模型建立187

6.6.3 试验和方法189

6.6.4 模型输入与模型评价191

6.6.5 结果和分析192

6.6.6 小结198

参考文献199