《长江三峡紫色砂页岩区优先流形成及其运动机理》对优先流的基本内涵和研究进展进行了较为系统的总结和归纳，并以长江三峡紫色砂页岩区优先流为研究对象，以重庆市江津区为试验基地，选择林地和农地典型坡面，采用染色法和点格局法分析了优先路径在土壤剖面上的水平分布和垂直分布特性，并分析了优先流形态的空间异质性。基于染色路径宽度，对优先流进行了分类，并探讨了优先流对水分条件的响应。从影响优先流的外部因素和内部因素出发，研究了优先流形成的机理，并以野外和室内测定原状土的基本参数为基础，借鉴国外在优先流研究方面的方法及部分成果，修正了长江三峡紫色砂页岩区优先流模型。
《长江三峡紫色砂页岩区优先流形成及其运动机理》可供从事水土保持、森林水文及土壤物理环境科学等方面的科技工作者使用，也可作为水土保持、环境科学、水利和林业等专业高年级本科生、研究生和相关教师的参考书。
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作为土壤水分运动的一种特殊形式，优先流能够在土壤中快速运动，对沟道径流乃至河川洪水过程（包括洪水历时和洪峰流量等）均可能产生较大影响。由于其成因和运动规律的复杂性，优先流成为世界水文学研究的重点和难点问题之一。优先流的成因主要受外部因素和内部因素共同作用：外部因素主要为土壤初始含水量、水分梯度、降水过程等水分条件；内部因素一般认为是与“植物一土壤”相关的环境因子，主要包括土壤密度、有机质含量等土壤理化性质，以及植物的根重密度、根长密度等植物根系特征。优先流对土壤水分运动具有重要影响，它不仅影响水分入渗速度，还影响壤中流的水分通量、水力性质等。同时，通过使土壤水分快速运动，优先流还可能是导致小流域洪峰流量陡起陡落的原因之一。
本研究团队于1992年开始在张洪江先生带领下进行优先流的资料收集及准备工作，首先在湖北省秭归县建立了固定的观测试验点，对长江三峡花岗岩地区优先流进行了深入系统的研究，获得了包括国家自然科学基金、瑞典国际科学基金、国家科技支撑计划在内的多个项目资助。
目录
前言
第1章优先路径及优先流研究进展1
1.1优先流及优先路径定义1
1.1.1优先流定义1
1.1.2优先路径定义2
1.2优先流观测方法2
1.2.1直接测定法2
1.2.2间接描述法4
1.3优先路径及优先流形成机理5
1.3.1优先路径成因5
1.3.2优先流产生的机理7
1.4土壤水分运动模拟研究现状8
1.4.1土壤水分运动概念模型8
1.4.2计算机模型12
1.4.3模型模拟13
1.5存在问题与研究展望16
1.5.1存在问题16
1.5.2研究展望16
第2章研究区概况及研究方法18
2.1三峡库区概况18
2.1.1地质地貌18
2.1.2气象18
2.1.3水文19
2.1.4土壤19
2.1.5植被20
2.2研究地区概况20
2.2.1地质地貌21
2.2.2气象23
2.2.3水文23
2.2.4土壤23
2.2.5坡面土地利用概况25
2.3研究内容与研究方法25
2.3.1研究内容25
2.3.2研究方法26
第3章土壤优先流形态特征及其空间异质性38
3.1林地壤中流过程与优先流形态特征39
3.1.1阔叶林土壤优先流发生与形态特征39
3.1.2针叶林土壤优先流发生与形态特征41
3.1.3针阔混交林土壤优先流发生与形态特征42
3.1.4灌丛土壤优先流发生与形态特征43
3.2林地土壤优先流形态变化规律44
3.2.1林地土壤优先流形态的纵向变化规律45
3.2.2林地土壤优先流形态的横向变化规律51
3.3林地土壤优先流形态的空间异质性57
3.3.1林地壤中流过程及优先流形态的空间变化58
3.3.2渗透水量对土壤优先流空间异质性的影响59
3.4农地土壤优先流形态特征60
3.4.1水平染色剖面优先流形态特征60
3.4.2竖直染色剖面优先流形态特征66
3.5农地土壤优先流形态变化规律67
3.5.1水平染色剖面优先流形态变化规律67
3.5.2竖直染色剖面优先流形态变化规律82
3.5.3优先流形态变化及其影响因素85
第4章优先流发生类型及其对水分条件的响应87
4.1垂直染色剖面表面积密度与染色路径宽度分布88
4.1.1林地土壤垂直染色剖面的表面积密度88
4.1.2林地土壤染色路径数量的垂直变化规律93
4.1.3林地土壤染色路径宽度分布特征94
4.2壤中流过程中的优先流发生类型判定98
4.2.1基于染色路径宽度的壤中流类型划分标准98
4.2.2不同类型林地土壤优先流的发生类型98
4.3土壤优先流类型对林地水分条件的响应104
4.3.1土壤优先流类型对初始含水量的响应104
4.3.2土壤优先流类型对水分梯度的响应105
4.3.3土壤优先流类型对渗透水量的响应106
第5章土壤优先路径的空间分布规律108
5.1林地水平染色剖面内优先路径数量109
5.1.1林地水平染色剖面优先路径信息提取方法109
5.1.2不同类型林地土壤优先路径的水平空间分布数量110
5.2农地优先路径位置及数量115
5.2.1水平染色剖面优先路径分布位置及数量115
5.2.2竖直染色剖面优先路径分布位置及数量121
5.3林地优先路径的水平空间分布状态122
5.3.1点格局分析方法及其原理123
5.3.2低渗透水量下林地优先路径的水平空间分布状态124
5.3.3高渗透水量下林地优先路径的水平空间分布状态127
5.4农地优先路径的空间分布状态132
5.4.1水平染色剖面优先路径分布状态132
5.4.2竖直染色剖面优先路径分布状态139
第6章紫色砂页岩区土壤优先流形成机理141
6.1土壤理化性质对土壤优先流形成的影响141
6.1.1优先流发生区域的土壤密度142
6.1.2优先流发生区域的土壤质地143
6.1.3优先流发生区域的有机质含量144
6.2植物根系对林地土壤优先流形成的影响146
6.2.1根长密度与土壤优先流的关系146
6.2.2根重密度与土壤优先流的关系147
6.2.3植物根孔与土壤优先流的关系148
6.3紫色砂页岩林地土壤优先流发生的影响因素149
6.4土壤优先路径形成的影响因素152
第7章优先路径对土壤水分运动影响154
7.1CoupModel公式介绍与参数选择154
7.1.1土壤水分过程154
7.1.2植物水分过程157
7.1.3土壤蒸发及辐射过程159
7.2CoupModel参数的不确定性分析162
7.3土壤水分运动初次模拟165
7.3.1针阔混交林样地土壤水分运动模拟165
7.3.2针叶林样地土壤水分运动模拟172
7.3.3结果分析179
7.4模型结构调整180
7.5模型结构调整后模拟181
7.5.1针阔混交林样地土壤水分运动模拟181
7.5.2针叶林样地土壤水分运动模拟182
7.5.3结果分析184
7.6优先路径对土壤水分运动模拟的影响186
第8章土壤水分动态对不同类型降水过程的响应187
8.1试验区降雨特征187
8.1.1次降雨量及降雨强度187
8.1.2日降雨量及降雨日数188
8.1.3降雨类型及区域特殊降雨过程189
8.2不同类型降雨过程下针阔混交林地土壤水分响应190
8.2.1暴雨过程190
8.2.2绵雨过程193
8.3不同类型降雨过程下针叶林地土壤水分响应195
8.3.1暴雨过程195
8.3.2绵雨过程197
参考文献200
深入、系统地研究林地土壤水分运动规律对于揭示森林流域径流形成机制、修正洪水预报模型具有十分重要的意义。本研究选择三峡库区紫色砂岩林地为研究对象，采用野外观测、室内试验、点格局分析与模型(COUPmodel)模拟结合的方法，探讨紫色砂岩区林地土壤水分运动影响因素及土壤优先路径对植物根系生长的响应机理，通过对观测样地土壤水分动态的耦合研究，并结合林地土壤优先路径分布特征对COUPmodel模型结构进行调整，最终建立适用于三峡库区紫色砂岩林地的土壤水分运动模型，促进三峡库区土壤水分运动规律研究。这对于进一步认识林地水分再分配、流域水循环机制和三峡库区洪水发生发展规律具有重要现实意义，并对深化森林水文学内容，丰富土壤物理学、流域水文学和水土保持学内容具有深远理论意义。
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