王 策 张展羽 陈晓安 陈 于 朱成立 翟亚明

(1.河海大学农业科学与工程学院， 南京 211100； 2.江西省水利科学院，南昌 330029；3.江苏省农村水利科技发展中心， 南京 210029)

0 引言

农田土壤在动物活动、根系腐烂、风化侵蚀和干湿冻融交替等条件下形成大孔隙结构，导致灌溉水或施用养分未能被土壤充分吸收，在重力驱使下脱离基质势吸持作用向深层快速迁移，从而形成优先流效应[1-3]。优先流现象可造成田间灌水效率降低、养分淋失[4-5]或地下水污染等风险。研究表明，95%的优先流发生在孔径大于250 μm的孔隙中，然而这些大孔隙仅占总孔隙的0.32%左右[6]。干缩裂隙隶属膨缩性大孔隙结构，发生于土壤脱湿收缩过程，其贯穿性和连通性结构可为水分、悬浮颗粒等提供绕流路径，使灌溉水大量损耗[7-8]，因此裂隙优先流机理研究可为田间灌水效率提高和养分淋失控制提供理论依据，精准模拟优先流发育规律对农田灌溉和水肥高效利用、地下水污染防治等具有重要意义[9]。

优先流通常采用染色示踪(碘化钾、亮蓝等)[10]、CT断层扫描、穿透曲线等方法进行观测和机理研究。优先流模拟过程中，可将土壤划分为基质域和裂隙域两个孔隙域结构，根据两域形态或水流态同时模拟或分区模拟水流过程及其水分交换过程。目前，描述大孔隙优先流模型主要有双域模型或双渗透模型等[11-15]。其中，双渗透模型首次由GERKE等[16]提出，假定基质域和大孔隙域(或裂隙域)为两个相互独立且统一的多孔介质，分别采用Darcy-Richards方程以及两套孔隙率、持水曲线和非饱和导水率进行物理模拟，并采用两域尺寸权重因子描述基质域和裂隙区域比率，而两域间水分交换则根据交界面平均导水率和水势差推算。……