沙質(zhì)土壤Van Genuchten方程參數(shù)的簡(jiǎn)單推求方法

摘要：使用飽和含水量、田間持水量及其對(duì)應(yīng)的土壤水吸力3個(gè)數(shù)據(jù)，推算土壤水分特征曲線(xiàn)Van Genuchten方程的參數(shù)，同時(shí)與擬合方法的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，該方法推算的參數(shù)與擬合的參數(shù)非常接近，方法獲得的土壤水分特征曲線(xiàn)與土壤水分特征曲線(xiàn)及實(shí)測(cè)值均十分吻合。該方法可作為推求砂質(zhì)土壤Van Genuchten方程參數(shù)的一種方法。

關(guān)鍵詞：Van Genuchten方程；田間持水量；飽和含水量

中圖分類(lèi)號(hào)：S 156.4；S 151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）07-1696-03

描述土壤水分特征曲線(xiàn)的Van Genuchten方程[1]，因其線(xiàn)型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)擬合程度好而得到廣泛應(yīng)用[2，3]。然而，Van Genuchten方程的參數(shù)較多，其參數(shù)擬合屬于非線(xiàn)性擬合問(wèn)題，常規(guī)的線(xiàn)性處理和線(xiàn)性擬合方法難于實(shí)現(xiàn)；常用的最小二乘擬合方法有時(shí)會(huì)遇到停止求解或參數(shù)為負(fù)的問(wèn)題[4]。為獲得令人滿(mǎn)意的參數(shù)值，目前主要采用2種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是實(shí)測(cè)土壤基質(zhì)吸力和土壤含水量的數(shù)據(jù)，采用非線(xiàn)性擬合方法求參數(shù)[5-7]，如馬英杰等[5]利用阻尼最小二乘法求擬合粉壤土的Van方程參數(shù)；二是間接推算法[8-10]，如Shao等[10]應(yīng)用水流方程的解析解，結(jié)合水平土柱實(shí)驗(yàn)分別測(cè)算了6種土壤的Van方程參數(shù)。

由于間接推算法具有省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)，一直備受關(guān)注。本研究基于Dexter[11]提出的“S”理論相關(guān)計(jì)算公式，經(jīng)過(guò)一系列的推導(dǎo)過(guò)程，建立基于土壤飽和含水量、田間持水量及其對(duì)應(yīng)的土壤水吸力3個(gè)數(shù)據(jù)的沙質(zhì)土壤Van Genuchten方程參數(shù)的簡(jiǎn)單推求方法，以期為相關(guān)研究提供借鑒。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)方程（14）、（12）和（11）計(jì)算得到Van Genuchten方程參數(shù)n和α的推算值（表1），并與n和α的實(shí)際擬合值[17]進(jìn)行了比較（表1）。結(jié)果表明，推算值與擬合值非常接近。

將本方法獲得的Van Genuchten方程曲線(xiàn)（推算曲線(xiàn)）與由實(shí)測(cè)值擬合得到的Van Genuchten方程曲線(xiàn)（擬合曲線(xiàn)）進(jìn)行比較，結(jié)果表明，推算曲線(xiàn)與擬合曲線(xiàn)及實(shí)測(cè)值均十分吻合（圖2）。

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)例計(jì)算與比較表明，本研究描述的通過(guò)θf(wàn)c、hfc和θs 3個(gè)指標(biāo)推求Van Genuchten方程參數(shù)的方法是可行的，其推算結(jié)果與擬合結(jié)果和實(shí)測(cè)值均具有很高的吻合度。因此，該方法可以作為一種快速推算沙質(zhì)土壤Van Genuchten方程參數(shù)的手段。

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