二、结果与讨论
1．溶质迁移模型的选择及参数估计
土壤溶质迁移的对流弥散方程表示为：
式中：cr为溶质浓度，M·L－3；t为时间，T；R是无量纲延迟因子；D为弥散系数，L2·T－1；x为距离，L；v为平均孔隙水流速，L·T－1；ρb为土壤容重，M·L－3；θ为体积含水量，L3·L－3；Kb为经验分配常数。
由于Cl－为带有负电荷的惰性离子，常被用来进行土壤中溶质迁移机理的研究。因此本研究以Cl－为示踪元素。Cl－在土壤中基本上不发生反应，也不被带有负电荷的土壤颗粒所吸附，因此溶质迁移实验中可以认为延迟因子R等于1。平均孔隙水流速v既可以通过试验实测获得，又可拟合穿透曲线获得。机械弥散系数（D）和平均孔隙水流速（v）的比值即D／v称为弥散度。弥散度是表征溶质弥散程度的一个物理参数，也可以用来表征土壤的异质程度。迁移物质的弥散作用是机械弥散和离子扩散的共同作用，即
式中：D为弥散系数；Dh为机械弥散系数；Ds为离子扩散系数；n为经验参数；v为平均孔隙水流速。但实际中离子扩散作用远小于弥散作用，n值一般可近似等于1，所以有：
在假定R＝1条件下，拟合的平均孔隙水流速、弥散系数和弥散度见表6-4。图6-16是以距坡顶3m和30m处为例的Cl－实测穿透过程和拟合穿透过程比较。从表6-4中参数拟合的相关系数可以看出，拟合结果反映了Cl－迁移特征的真实情况，从拟合图（见图6-4）也可以看出观测值与拟合线吻合非常好，说明拟合结果可信。
表6-4 坡面距坡顶不同距离溶质迁移参数
图6-16 Cl－在土壤中的迁移特征
2．平均孔隙水流速沿坡面变化及空间变异特征
图6-17显示了孔隙流速沿坡面变化特征。从图6-17可以看出，无论拟合平均孔隙水流速还是实测平均孔隙水流速均表现出从坡顶到坡脚逐渐增加的趋势。在坡中央以上坡位拟合平均孔隙水流速和实测平均孔隙水流速表现出一致性，坡中央以下坡位实测值略高于拟合值。总体而言拟合平均孔隙水流速接近实测平均孔隙水流速。从表6-4可以看出，平均孔隙水流速最大为6．47cm·h－1，最小为2．25cm·h－1，变化范围比较大，经经典统计学空间变异分析，平均孔隙水流速的Cv值等于0．32，属于中等程度变异，说明平均孔隙水流速在坡面空间的变异程度较大。
图6-17 拟合参数平均孔隙水流速沿坡面变化
经典统计分析结果可以说明样本的总体统计性质，但不能定量说明空间变量的随机性和结构性。图6-18是平均孔隙水流速在坡面空间的半方差变化趋势图。据地质统计学理论，符合内蕴和平稳假设的空间变量的半方差必须是有限增量函数，且半方差曲线为凸形。图6-18中平均孔隙水流速的半方差函数符合增量条件，但半方差曲线明显为凹形，且在所研究坡面空间范围内未能显示为有限函数，说明平均孔隙水流速不符合内蕴和平稳条件。地质统计学理论中，把半方差曲线为凹形现象称为漂移现象，即E｛Z（x）｝＝μ（x）＋ε（x），在很多情况下在该研究区域内可把漂移现象转化为非漂移现象，求得空间变量的变异特征。所以，尽管平均孔隙水流速v不符合内蕴条件和平稳条件，但也无法确定平均孔隙水流速v的空间分布是否具有结构性。对于凹形漂移现象可能是由于采样间隔过小引起的，一般增大采样距离可以避免凹形漂移。本文中，由于坡面空间的局限性限制了对平均孔隙水流速空间变异特征的进一步分析。(https://www.daowen.com)
图6-18 孔隙水流速坡面空间变异特征
3．弥散系数D沿坡面变化及空间变异特征
弥散系数实际上包括溶质扩散和机械弥散两部分，虽然两者引起浓度分散的机理不同，但因为在实际情况中不容易区分，常把两种作用通称为弥散（或者水动力弥散）。产生扩散的主要原因是浓度势梯度导致，机械弥散主要原因则是孔隙的大小不一和孔隙流速方向不同。扩散通量取决于浓度势梯度，机械弥散取决于孔隙特征和流速。图6-19为弥散系数D在坡面的变化情况，从图6-19中可以看出弥散系数在距坡顶0～18m范围内基本变化不大，18m以下呈逐渐上升趋势，在距坡顶27m左右达到最大值后又呈下降趋势，总体坡下部位的弥散系数大于坡上部位。我们认为这种波动特征主要与平均孔隙水流速沿坡面波动有关。方程（6-15）显示，弥散系数中的机械弥散项与平均孔隙水流速有近似的线性正相关关系，所以弥散系数在坡面的变化规律与平均孔隙水流速具有相同特征。根据经典统计结果，弥散系数的Cv＝0．50，属于中等程度的变异，说明弥散系数在坡面的变异程度较大。
图6-19 弥散系数沿坡面变化
图6-20显示了弥散系数在坡面的半方差变化。由图6-20可知，弥散系数的半方差函数符合有限、增量和曲线凸形三个条件，说明弥散系数符合内蕴和平稳假设条件，在坡面空间内的变异特征具有结构性。同时弥散系数半方差的变化明显具有阶梯状变化，可以利用直线模型拟合半方差变化，获得弥散系数的空间变异特征。利用直线模型拟合的参数见表6-5。从表6-5中可以看出，拟合的决定系数较高，说明拟合结果可信。弥散系数在坡面的空间自相关特征长度为21m，块金值为0，说明弥散系数在3m的采样距离内不具有更小尺度的空间变异特征，是纯随机变量。
图6-20 弥散系数坡面空间的变异特征
表6-5 迁移参数坡面空间变异特征
4．弥散度α沿坡面变化及空间变异特征
弥散度表示溶质迁移过程中的弥散程度，已有室内试验结果表明，α通常为0．20～0．55cm。而Cl－弥散度在坡面的变化范围为0．241～0．778cm，平均为0．48cm，总体较大，这与野外条件下土壤的非均质性有关。弥散度的变异系数Cv＝0．29，根据变异程度分级属于中等程度变异。从图6-21可以看出，弥散度α在坡面的分布与弥散系数D具有相同的波动特征，也是坡上部总体上小于坡下部，说明坡下部土壤的非均质（异质）程度大于坡上部。
图6-21 弥散度α沿坡面变化
图6-22显示了弥散度半方差在坡面的变化。从图6-22中可看出，弥散度同样符合有限增量和曲线凸形的条件，明显具有空间变异结构，且半方差变化具有阶梯状变化特征。利用直线模型拟合弥散度在坡面的半方差变化，拟合结果见表6-5。根据拟合的决定系数，拟合结果可信。从表6-5中可以看出，弥散度的空间自相关特征长度为10m，块金值接近于0但不等于0，说明弥散度在3m的空间内可能存在更小尺度轻微的空间变异特征。
图6-22 弥散度坡面空间变异特征