【土壤水分运动研究进展的文献综述2400字】

附录PAGE25土壤水分运动研究进展的文献综述国内外许多科学工作者对土壤水分运动进行了大量的研究。土壤水分问题早在原始农业时期就受到重视，并进行了有价值的观察和讨论，但对土壤水分的定性和定量研究直到近代才开始。达西定律最早是由法国工程师达西在1856年通过大量实验得到的。1877年布利格斯提出了毛管假说，1907年E.Buchinha首次将“毛管势”应用于土壤水研究，开辟了从能量角度研究土壤水的新途径。1920年加德纳发展了白金汉的原始概念，将土壤水含量与土壤水能量联系起来。1931年L.A.Richards从测定技术方面发展了加德纳的概念，首次用张力计测定土壤水能量，他发展了达西定律来研究非饱和流动，并推导出非饱和土壤水分运动的基本方程（Richards方程）。Richards方程将数学物理方法引进了土壤水分运动研究中去，定量研究土壤水分的动态变化特征，使土壤水的研究由静态走向动态，由定性描述走向定量，由经验走向机理。在国外，水的运动规律主要集中在入渗问题上，Horton的产流理论建立于20世纪40年代[34]；60年代Hewlett开始硏究非均质土壤的入渗问题[35]；而70年代初Kirkby等提出了山坡水文学理论[36]；Bresler和Brandi等建立了点入渗条件下润湿体大小、地表水水平扩散距离和垂直入渗深度由土壤质地、灌水器流量和总灌水量组成的函数[37]；Brandt等人研究了单点源的多维短时入渗，发现随着滴头流量的增加，水平润湿范围增大，而土壤润湿深度减小[38]；Henggle等人联合开发了一套孔隙介质中地下水流动三维有限差分数值模拟软件，该软件在我国广泛应用于土壤水分运动分析实验中。[39]在国内，对水分运动的研究主要包括数学模型和实验研究，其中包括室内模拟研究和现场实验研究。刘磊等通过实验和数值模拟，研究了滴灌点源土壤水分运动的影响因素，包括灌水量、灌频、滴头流量、滴头间距等[40]；康绍忠等研究和设计了空间水运模拟计算机软件[41];在前人研究的基础上，王全久等人进行了研究，从能量角度提出了土壤水分运动方程[42]；滴灌点源入渗水分运移规律属于三维水分入渗问题[43]，其运动过程可分为第一阶段、第二阶段、第三阶段;在恒速运移阶段，水平和垂向运移速度基本一致;在不等速度阶段，垂向扩散速度大于水平运移速度；在垂直扩散阶段，水运动的水平梯度近似等于零；郭文聪[44]等在试验中对地下点源入渗界面问进行了研究，发现地下点源开始入渗后，灌水孔流出的水会在管道周围迅速形成一个充满水的孔隙，水分是从这个孔隙的外表面向着四周入渗，而这个外表面就是地下点源入渗的入渗界面，界面的大小随着灌水水流压力的大小而变化[45]；张振华等运用粘壤土点源入渗试验，得到湿润体体积和灌水量之间存在显著的线性关系，比例系数与时间和滴头流量无关，建立了土壤湿润体特征值的经验解模型。莫保儒等[46]研究认为，土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差，另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性，这是因为土壤含水率高会促进植物生长，植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗，土壤水分含量不足则会抑制植物生长，植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。李绍良[47]系统分析了内蒙一些土壤水分特性和植物产量的关系，认为根据土壤水分的变化预测产量是完全可能且合理的。陈有君和李立民[46]建立植物生物量和土壤储水量的模型。此外，以前大量研究往往是一种定性的描述或静态的定量比较，缺乏对水分和植物生产力之间动态的定量研究，这是研究土壤水分供应量的承载能力、林草合理布局的关键。目前，深层渗漏研究方法和监测手段主要有环刀法、双环刀法、人工模拟降雨法、土柱法、蒸渗仪法及水分通量法等[49-51]，以及通过数值模拟方法估算土壤深层渗漏水量[52-53]，但深层渗漏水量的直接监测仪器却缺乏。目前，各种方法在实际应用中都有一定的优势，但也存在着不同程度的缺陷和难度，例如水通量法的主要优点是计算简单、计算准确，但在应用中需要大量的土壤水势和土壤水的数据支持，实际应用中忽略了温度对土壤水运动过程的影响[54-59]；大型蒸渗仪法可以直接测量降雨入渗补给量，但造价昂贵、操作不方便，仅适合于定点观测；同位素示踪法是最为准确的获得地下水补给量方法，但这种方法不能直接获得补给数据和补给动态过程，其间接估算也需大量数据支持[59-61]，20世纪50年代以来，一些学者[62-63]研究了裂隙对土壤入渗的重要影响。Stirk[64]研究了裂缝体积，体积能有效提高降雨过程中土壤的持水能力，抑制地表径流的形成，裂缝的内表面也对增加土壤入渗有重要意义，有裂缝的土壤比无裂缝的土壤保持了更多的水分，为植被的生长提供了充足的水分。Bouma[65]和Beven等[66]也认为，裂缝体积可以充分提高蓄水量和入渗强度，防止地表径流的产生，土壤大孔隙特别是土壤裂隙可以通过非饱和区域，快速将上部土壤水分和溶质转化为地下水，从而导致地下水水质恶化。Tabuchi[67]研究了强降雨和弱降雨对土壤裂缝的季节效应，土壤干旱程度越大，裂缝深度越深。由于裂缝的存在，雨水可以先流入，改善入渗。Novak[68提出了FRACTURE模型，模拟了水通过裂隙入渗的过程。裂缝增加了土壤入渗量，与对照相比，土壤入渗量增加了66%。Liu等[69]认为土壤裂缝可以暂时增加入渗速率。随着土体膨胀，裂缝闭合，入渗率显著降低，并逐渐恢复到无裂缝状态。参考文献[1]谷裕,王金满,刘慧娟,等.干旱半干旱煤矿区土壤含水率研究进展[J].灌溉排水学报,2016,35(4):81-86.[2]AhirwalJ,MaitiSK.AssessmentofsoilpropertiesofdifferentlandusesgeneratedduetosurfacecoalminingactivitiesintropicalSal(Shorearobusta)forest,India[J].Catena,2016,140:155-163.[3]魏忠义，白中科.露天矿大型排土场水蚀控制的径流分散概念及其分散措施[J].煤炭学报，2003，28（5）：486-490.[B]田军.彬长矿区采陷裂缝影响因素分析[J].中国煤炭地质,2008,20(9):47-49.[4]田军.彬长矿区采陷裂缝影响因素分析[J].中国煤炭地质,2008,20(9):47-49.[5]胡振琪,王新静,贺安民.风积沙区采煤沉陷地裂缝分布特征与发生发育规律[J].煤炭学报,2014,39(1):11-18.[6]闫瑞龙,屠世浩,王方田,等.高头窑矿区地表采动裂缝演化规律研究[J].煤炭工程,2016,48(1):95-98.[7]刘辉,何春桂,邓喀中,等.开采引起地表塌陷型裂缝的形成机理分析[J].采矿与安全工程学报,2013,30(3):380-384.[8]李海欣,雷少刚,申艳琴.煤矿开采沉陷地裂缝对植被覆盖的影响[J].生态与农村环境学报,2016,32(2):195-199.[9]AhirwalJ,MaitiSK.AssessmentofsoilpropertiesofdifferentlandusesgeneratedduetosurfacecoalminingactivitiesintropicalSal(Shorearobusta)forest,India[J].Catena,2016,140:155-163.[10]苏文贤.高台阶排土场的稳定性[J].矿山技术,1986(3):11-16.[11]韩静,白中科,李晋川.露井联采区西排土场平台沉陷状况分析[J].山西农业大学学报(自然科学版),2011,31(5):460-463.[12]FlowersM,LalR.AxleloadandtillageeffectsontheshrinkagecharacteristicsofaMollicOchraqualfinnorthwestOhio.Soil&TillageResearch,1999,50:251-258.[13]PrestonS,GriffithsBSYoungIM.Aninvestigationintosourcesofsoilcrackheterogeneityusingfractalgeometry.EuropeanJournalofSoilScience,1997,48:31-37.[14]VogelH-J,HoffrllannH,RothK.Studiesofcrackdynanucsinclaysoil.1.ExPerimentalmethods,results,andmorphologi