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，通過結合現有國內、外研究成果，總結了幾種典型的土壤水分特征曲線的模型，并且對它們進行了簡單的對比分析。

關鍵詞：土壤水分特征；典型；模型

中圖分類號：S731 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170106001

引言

幾十年來[1-6]，為了確定水分特征曲線人們不斷投入精力發展相關的測定方法，從這些方法的類型來看主要為2類：直接測定法，如Brooks-Corey模型、vanGenuchten模型、Campbell模型、Mualem模型等，其中Brook-Corey模型和vanGenuchten模型得到了廣泛應用；間接推求法，主要是通過估算土壤物理特性實現的。

1 土壤水分特征曲線的影響因子

1.1 質地

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

1.2 結構

對土壤水分特征曲線的影響也很大的是土壤的結構。當土壤團聚比較好，同時數量較多的狀態，曲線的表現為先平緩上升后急速上升。對水分特征曲線的影響，在土壤結構上分析主要是因為孔隙的狀況的不同。

1.3 容重

水分特征曲線受容重的影響主要是因為容重增大時，土壤孔隙數量同時減少，從而導致飽和含水量降低，與此同時接近飽和含水量酸的斜率也會明顯增大。

2 土壤水分特征曲線的模型類別

利用土水勢和相對含水量的冪函數關系建立經驗模型，此類有Rawls模型、Campbell模型等；采用最小二乘法回歸模擬，主要通過土壤體積含水量與土壤的顆粒分布的關系來實現；采用經驗物理模型的方法來實現，代表的有 Brooks-Corey模型等；通過土壤結構的自相似特性，來確定土壤結構分形維數，通過分型特征推導出的模型，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算

Arya-Paris標定參數模型首先分析土壤顆粒，再通過計算各個粒徑范圍內的含水量與相應吸力，從而確定整個范圍的土壤含水量與吸力之間的關系，進而建立模型。

2.2 分行模型

分行模型是間接測定法中延伸出來的，是根據土壤結構的自相似特征，利用諸如Sierpinski地毯和Menger海綿模型進行描述。

通過對孔隙通道的自相似特征進行分析，Tyler和Wheatcraft推導出水分特性曲線模型，其中包含有孔隙通道分形維數，隨后又基于Sierpinski地毯結構，推導出包含Sierpinski地毯分形維數的水分特性曲線模型，經驗冪函數型的水分特性曲線模型與該模型一致。Rieu和Sposito通過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表征。通過對Rieu和Sposito模型的進行改進，Perfect等推導出土壤水力特性參數分形描述模型，該模型是基于經驗關系相似。

3 小結

不同的土壤水分特征模型有不同的適應土壤，對于土壤水分特征曲線模型選定要通過前期的研究區域的質地、結構和容重的實驗觀測的資料分析，在確定相關土壤性質以后再選定適合的土壤水分特征模型來擬合。

參考文獻

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作者簡介：唐凱（1982-），男，工程師，碩士，主要從事應用氣象研究和天氣預報服務工作。