中文摘要：

自然界土壤的非均质性出现在孔隙、田块和区域等不同的空间尺度上，这种多尺度的非均质性强烈地影响着土壤的物理性状以及水分和溶质在其中的运移行为。必须从最小的孔隙尺度入手才能从根本上揭示其相互联系和内在机制。本研究提出了可同时获得原状土壤数字图像和非饱和土壤水力学性质的技术方法，通过数字图像分析技术从CT扫描图像中提取出孔隙大小分布、孔隙的相互连通性、分形维数等孔隙结构特征参数，应用三维重建系统真实再现了原状土壤的孔隙结构。在此基础上，建立了理想介质（彩色石英砂）和三种质地的扰动与原状潮土的随机逾渗模型和连续体逾渗模型，模拟了发生在孔隙尺度上的水分持留和运动过程，解析了连续体尺度的土壤有效水力学性质，同时还通过敏感度分析评价了不同孔隙结构参数对模拟结果的影响，探讨了不同形式逾渗模型的适用性和精度。进一步地，基于分形几何原理、人工神经网络、多元回归分析等提出了预测更大空间尺度上土壤水力学性质的方法和软件，通过在河南天然文岩渠流域（潮土区）和江苏常熟市（水稻土）两个地区的实际应用，验证了标定方法的精度满足区域尺度研究的需要。