幾種典型土壤水分特征曲線模型分析

摘 要：從分析土壤水分特征曲線的影響因子入手，通過(guò)結(jié)合現(xiàn)有國(guó)內(nèi)、外研究成果，總結(jié)了幾種典型的土壤水分特征曲線的模型，并且對(duì)它們進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：土壤水分特征；典型；模型

中圖分類號(hào)：S731 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170106001

引言

幾十年來(lái)[1-6]，為了確定水分特征曲線人們不斷投入精力發(fā)展相關(guān)的測(cè)定方法，從這些方法的類型來(lái)看主要為2類：直接測(cè)定法，如Brooks-Corey模型、vanGenuchten模型、Campbell模型、Mualem模型等，其中Brook-Corey模型和vanGenuchten模型得到了廣泛應(yīng)用；間接推求法，主要是通過(guò)估算土壤物理特性實(shí)現(xiàn)的。

1 土壤水分特征曲線的影響因子

1.1 質(zhì)地

土壤質(zhì)地對(duì)土壤水分特征曲線的影響在目前來(lái)看是最大的。土壤顆粒的粗細(xì)，決定了顆粒的表面積大小，顆粒越粗，它的表面積越大，形成的孔隙就會(huì)越大，這樣的土壤對(duì)水的吸持能力就會(huì)明顯減小。

1.2 結(jié)構(gòu)

對(duì)土壤水分特征曲線的影響也很大的是土壤的結(jié)構(gòu)。當(dāng)土壤團(tuán)聚比較好，同時(shí)數(shù)量較多的狀態(tài)，曲線的表現(xiàn)為先平緩上升后急速上升。對(duì)水分特征曲線的影響，在土壤結(jié)構(gòu)上分析主要是因?yàn)榭紫兜臓顩r的不同。

1.3 容重

水分特征曲線受容重的影響主要是因?yàn)槿葜卦龃髸r(shí)，土壤孔隙數(shù)量同時(shí)減少，從而導(dǎo)致飽和含水量降低，與此同時(shí)接近飽和含水量酸的斜率也會(huì)明顯增大。

2 土壤水分特征曲線的模型類別

利用土水勢(shì)和相對(duì)含水量的冪函數(shù)關(guān)系建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，此類有Rawls模型、Campbell模型等；采用最小二乘法回歸模擬，主要通過(guò)土壤體積含水量與土壤的顆粒分布的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)；采用經(jīng)驗(yàn)物理模型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，代表的有 Brooks-Corey模型等；通過(guò)土壤結(jié)構(gòu)的自相似特性，來(lái)確定土壤結(jié)構(gòu)分形維數(shù)，通過(guò)分型特征推導(dǎo)出的模型，包含有一定物理含義，如Tyler-Wheatcraft模型等。

2.1 土壤水分特征曲線利用土壤顆粒分布曲線計(jì)算

Arya-Paris標(biāo)定參數(shù)模型首先分析土壤顆粒，再通過(guò)計(jì)算各個(gè)粒徑范圍內(nèi)的含水量與相應(yīng)吸力，從而確定整個(gè)范圍的土壤含水量與吸力之間的關(guān)系，進(jìn)而建立模型。

2.2 分行模型

分行模型是間接測(cè)定法中延伸出來(lái)的，是根據(jù)土壤結(jié)構(gòu)的自相似特征，利用諸如Sierpinski地毯和Menger海綿模型進(jìn)行描述。

通過(guò)對(duì)孔隙通道的自相似特征進(jìn)行分析，Tyler和Wheatcraft推導(dǎo)出水分特性曲線模型，其中包含有孔隙通道分形維數(shù)，隨后又基于Sierpinski地毯結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出包含Sierpinski地毯分形維數(shù)的水分特性曲線模型，經(jīng)驗(yàn)冪函數(shù)型的水分特性曲線模型與該模型一致。Rieu和Sposito通過(guò)孔隙體積的自相似特征，建立的土壤水分特性曲線模型，該模型是用孔隙體積分形維數(shù)表征。通過(guò)對(duì)Rieu和Sposito模型的進(jìn)行改進(jìn)，Perfect等推導(dǎo)出土壤水力特性參數(shù)分形描述模型，該模型是基于經(jīng)驗(yàn)關(guān)系相似。

3 小結(jié)

不同的土壤水分特征模型有不同的適應(yīng)土壤，對(duì)于土壤水分特征曲線模型選定要通過(guò)前期的研究區(qū)域的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和容重的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的資料分析，在確定相關(guān)土壤性質(zhì)以后再選定適合的土壤水分特征模型來(lái)擬合。

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作者簡(jiǎn)介：唐凱（1982-），男，工程師，碩士，主要從事應(yīng)用氣象研究和天氣預(yù)報(bào)服務(wù)工作。