《土壤优先流运动的示踪成像技术与分形模型模拟》系统介绍了染色示踪成像技术和离子显色示踪成像技术的原理、方法和程序，并采用这些技术开展了试验分析，对入渗条件与优先流运动关系、入渗均匀性和灌水效率以及土壤大孔隙发育特征与效应等重点问题进行了研究；系统建立了土壤优先流流动分形的本构方程、土壤优先流流动控制方程和溶质运移控制方程，提出了本构方程参数的计算方法，评价了分形模型模拟土壤非均匀水流运动和溶质运移的有效性，同时对影响模型模拟预测结果的参数和条件开展了敏感性分析。

　　《土壤优先流运动的示踪成像技术与分形模型模拟》：
　　Flury和Flǘhler（1994）与Flury和Wai（2003）指出，作为土壤水流运动示踪的理想染色剂应当具备以下特征：①具有鲜明的颜色，以便于被人工或计算机软件识别出来；②在水中有较高的溶解度，且具有与水流相一致或接近一致的迁移特征，以便能准确显示土壤水流运动的范围；③这种染色剂本身及其衍生物应当是无毒或低毒的，以免造成环境影响或破坏，从而限制其使用；④染色剂本身在自然环境中的本底值较低，以便能从背景环境中被方便的识别出来；⑤染色剂对土壤溶液化学性质的变化不敏感，其迁移转化不受溶液的酸碱度和离子影响。
　　近年来大量的研究（如Steenhuis等，1992；Yasuda等，2001；Allaire等，2009）表明，亮蓝（Brilliant Blue FCF.颜色索引：42090）是同时具有以上特征的理想染色剂：亮蓝的颜色极为鲜明，且蓝色与土壤的本底颜色（砖红色、灰色或黄色）反差大易于识别；亮蓝在水中的溶解度高，随水流迁移的一致性较好（尤其是在沙土中）；亮蓝是一种食品添加剂，在其使用的浓度范围内，几乎不具有毒性；亮蓝在自然环境中的本底值为0，且其化学性质极为稳定。此外，亮蓝价格相对便宜，这也有利于其广泛使用，尤其适用于开展大尺度的野外试验。但需要注意的是，由于土壤黏粒对亮蓝分子的吸附作用，特别是黏粒含量较高时引起亮蓝分子的迁移速率明显小于土壤水流入渗湿润锋的迁移速率，限制了亮蓝作为染色示踪剂在黏性土壤中的应用（Ketelsen、Meyer—Windel，1999；Kasteel等，2002；Nobles等，2010）。
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前言
第1章 绪论
1.1 土壤优先流的概念与研究意义
1.1.1 大孔隙流
1.1.2 指流
1.2 形成和影响因素分析
1.2.1 土壤结构和质地
1.2.2 人渗初始条件和边界条件
1.2.3 土壤水流自身运动的非稳定性
1.3 优先流的理论研究方法
1.3.1 连续性模型理论
1.3.2 离散型模型理论
1.3.3 混沌与分形理论
1.4 常用优先流数学模型
1.4.1 单一孔隙模型
1.4.2 双重孔隙模型
1.4.3 双重渗透模型
1.4.4 多重孔隙和多重渗透模型
1.4.5 弥散限制聚合模型
1.4.6 随机层叠模型
1.5 优先流的实验研究方法
1.5.1 微张力测量技术
1.5.2 声波探测技术
1.5.3 非侵入式影像获得技术
1.5.4 地下雷达探测技术
1.5.5 电阻率层析成像技术
1.5.6 示踪成像技术
参考文献

第2章 数字图像处理技术
2.1 颜色模式与图像格式
2.1.1 颜色模式
2.1.2 图像格式
2.2 BMP格式文件
2.2.1 BMP格式文件类型
2.2.2 BMP格式文件组成
2.3 颜色和流动信息之间的关系
2.4 临界关系法
参考文献

第3章 染色示踪成像技术
3.1 引言
3.2 入渗水量和试验尺度对土壤水非均匀流动的影响
3.2.1 试验和方法
3.2.2 试验观测结果
3.2.3 入渗条件对土壤水人渗深度的影响
3.2.4 入渗条件对土壤水流运动非均匀特征的影响
3.2.5 入渗条件对优先流通道尺寸的影响
3.2.6 小结
3.3 微灌系统灌水人渗均匀性分析
3.3.1 试验和方法
3.3.2 微灌系统灌水人渗狰陸分析
3.3.3 微灌系统灌水均匀性检验
3.3.4 入渗水和溶质分布均匀性分析
3.3.5 小结
参考文献

第4章 离子显色示踪成像技术
4.1 引言
4.2 优先流运动的非均匀性和变异性
4.2.1 试验和方法
4.2.2 试验观测结果
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
4.2.4 不同人渗水量条件下土壤水流运动的非均匀性和变异性
4.2.5 小结
4.3 灌水效率显色示踪试验研究
4.3.1 试验和方法
4.3.2 试验观测结果
4.3.3 灌水效率分析
4.3.4 灌溉条件下溶质运动与分布特性分析
4.3.5 小结
4.4 土壤大孔隙发育特征及其对水和溶质输移的影响
4.4.1 试验和方法
4.4.2 试验观测结果
4.4.3 流动结构分析
4.4.4 土壤大孔隙发育特征分析
4.4.5 大孔隙效应分析
4.4.6 小结
参考文献

第5章 水流运动分形本构方程
5.1 分形基本理论
5.1.1 分形理论的形成与发展
5.1.2 分形的定义与性质
5.1.3 分形维数
5.2 本构方程建立
5.3 分形特征参数计算
5.3.1 试验和方法
5.3.2 染色面积和土壤含水率分布
5.3.3 土壤质地对染色区土壤含水率分布的影响
5.3.4 活动流场模型分形特征参数计算
5.3.5 小结
5.4 入渗条件对流动非均匀程度的影响
5.4.1 试验和方法
5.4.2 染色面积分布
5.4.3 初始含水率对流动非均匀程度的影响
5.4.4 入渗水量对流动非均匀程度的影响
5.4.5 试验尺度对流动非均匀程度的影响
5.4.6 土壤质地对流动非均匀特征的影响
5.4.7 分形特征参数与随机层叠模型参数的比较
5.4.8 小结
参考文献

第6章 分形控制方程
6.1 控制方程建立
6.1.1 水流运动控制方程
6.1.2 溶质运移控制方程建立
6.1.3 与二域模型和活动裂隙模型的比较
6.2 模型有效性检验
6.2.1 试验和方法
6.2.2 SWMS2D程序简介
6.2.2 模型检验的模拟条件设置
6.2.3 相对均方根误差和加权变异系数
6.2.4 活动流场模型分形特征参数计算
6.2.5 模型模拟结果分析
6.2.6 小结
6.3 模型模拟连续人渗过程
6.3.1 试验和方法
6.3.2 定解条件和参数确定
6.3.3 模型模拟结果分析
6.3.4 小结
6.4 模型模拟垃圾填埋场覆盖层中的水分运动
6.4.1 滕发覆盖渗滤控制机理
6.4.2 试验和方法
6.4.3 信息量与复杂性测度
6.4.4 模型模拟结果
6.4.5 土壤水分动态信息量和复杂性测度分析
6.4.6 小结
6.5 模型参数敏感性分析
6.5.1 敏感度定义
6.5.2 模拟条件设置
6.5.3 敏感性分析结果
6.5.4 小结
6.6 模型发展——两区两阶段分形模型
6.6.1 模型提出背景
6.6.2 模型建立
6.6.3 试验和方法
6.6.4 模型输入与模型评价
6.6.5 结果和分析
6.6.6 小结
参考文献