土壤持水特性参数与土壤质地尺度关系的联合多重分形分析

Soil water-retention characteristics at measurement scales are generally different from those at application scales, and there is scale disparity between them and soil physical properties. The relationships between two water-retention parameters, the scaling parameter related to the inverse of the air-entry pressure (αvG, cm-1) and the curve shape factor related to soil pore-size distribution (n) of the van Genuchten water-retention equation, and soil texture (sand, silt, and clay contents) were examined at multiple scales. One hundred twenty-eight undisturbed soil samples were collected from a 640-m transect located in Fuxin, China. Soil water-retention curves were measured and the van Genuchten parameters were obtained by curve fitting. The relationships between the two parameters and soil texture at the observed scale and at multiple scales were evaluated using Pearson correlation and joint multifractal analyses, respectively. The results of Pearson correlation analysis showed that the parameter αvG was significantly correlated with sand, silt, and clay contents at the observed scale. Joint multifractal analyses, however, indicated that the parameter αvG was not correlated with silt and sand contents at multiple scales. The parameter n was positively correlated with clay content at multiple scales. Sand content was significantly correlated with the parameter n at the observed scale but not at multiple scales. Clay contents were strongly correlated to both water-retention parameters because clay content was relatively low in the soil studied, indicating that water retention was dominated by clay content in the field of this study at all scales. These suggested that multiple-scale analyses were necessary to fully grasp the spatial variability of soil water-retention characteristics.     

基于模式搜索算法的Van Genuchten方程参数优化

针对目前Van Genuchten方程参数优化方法的不足,本文通过理论分析得出Van Genuchten方程参数的单调函数,即为单极值函数。因此,可使用局部搜索能力较强的模式搜索算法识别Van Genuchten方程参数。算例及误差分析表明:模式搜索算法求解Van Genuchten方程参数算法实现简单、运算速度快、适用性强、计算精度高,为Van Genu-chten方程参数的求解提供了一条新途径。     

南北方粘质土壤密度对土壤水分特征van Genuchten模型的影响研究

以南北方典型粘质土壤红壤和塿土为试验土样,通过水平入渗试验进行了土壤密度变化对土壤水分特征van Genuchten模型参数的影响研究。研究结果表明,特征湿润长度、吸力、饱和含水量、滞留含水量、饱和导水率均随土壤密度增加而减小;土壤水分特征van Genuchten模型参数n随着土壤密度的增加而递增,而参数α随着土壤密度的增加而减小,与土壤密度成反比;参数n和参数α随土壤密度变化关系可用幂函数来描述。为建立吸力、土壤密度、质量含水率三变量的土壤水分特征曲面提供新的途径,有助于完善土壤水动力学理论。     

土壤持水曲线van Genuchten模型求参的Matlab实现

土壤持水曲线是研究土壤水力学性质必不可少的 ,在已经建立的众多数学模型中 ,vanGenuchten模型是目前运用最广泛的模型 ,而运用该模型的关键是其 4个参数的求解。为此 ,本文对同一组东北褐土的土壤水吸力和对应的土壤含水量数据较详细地介绍了Matlab软件的非线性拟合和非线性回归函数的运用 ,得出了该土壤vanGenuchten模型的 4个参数值 ,分别建立了该土壤的vanGenuchten模型 ,并利用Mat lab强大的绘图功能对它们进行了直观比较。最后运用方差分析和残差分析对该模型的计算值与实测数据进行了分析 ,结果表明 :非线性拟合和非线性回归函数求参结果的显著水平均达到p<0 0 0 0 1,残差平方和均小于 0 0 0 0 5 ,其中非线性回归函数的求参结果较非线性拟合好。因此 ,运用Matlab软件的非线性拟合和非线性回归函数对土壤持水曲线的vanGenuchten模型进行求参是切实可行的 ,从而为土壤学工作者寻求出了一条运用数值计算方法的新途径。     

棕壤土水分特征曲线拟合的比较分析

以棕壤土为对象,采用压力膜法测定均质原状土壤样品一系列含水率和对应基质势值,分别用幂函数和Van Genuchten （1980）模型进行拟合,并与实测含水率数据进行比较。结果表明：压力膜法测定土壤水分特征曲线是可行的,所得试验结果合理,可用于土壤水分动态模拟。     

不同质地土壤的水分特征曲线参数分析

对常用的土壤水分特征曲线模型进行了比选,选取Van Genuchten模型的4个参数进行了拟合计算,得到重壤土、中壤土、轻壤土、紧砂土和粗砂等5种不同质地土壤的水分特征曲线,分析了土壤水分特征曲线及参数的变化规律:粗砂的水分特征曲线变化最陡直,紧砂土、轻壤土、中壤土和重壤土的水分特征曲线变化较平缓;曲线的形状系数n随着粒径变大、物理性粘粒含量的减小而变大;重质粘性土壤α值较小,轻质土α值较大。     

北方地区植物篱系统土壤水分特征曲线模拟与分析

以北方风沙区、黄土区、黑土区的典型植物篱为研究对象,在测定植物篱系统带内、带间部位土壤质地、土壤孔隙度、有机质含量、水稳性团聚体等指标的基础上,采用Van Genuchten模型模拟了不同地区植物篱土壤水分特征曲线。结果表明,风沙区、黑土区植物篱带内土壤孔隙度、有机质、水稳性团聚体含量均比带间高,黄土区植物篱带内土壤孔隙度、有机质、水稳性团聚体含量则比带间的低;各区域植物篱系统带内土壤含水率均比带间高,并且土壤持水力(土壤含水率)随着土壤水吸力的增大而减弱,风沙区植物篱带内、带间土壤持水力最弱,黑土区植物篱相应部位土壤持水力最高。说明植物篱具有改善土壤质地、结构,提高土壤含水率的作用,在治理坡面水土流失方面具有重要意义。     

安溪县花岗岩崩岗土体水分特征曲线及其影响因素

为研究花岗岩崩岗土体水分特征曲线及其影响因素,以福建省安溪县崩岗崩壁土为对象,通过压力膜仪对土体进行脱湿试验,绘制出崩壁土体水分特征曲线,并进行曲线参数与影响因素的相关分析。结果表明:随崩壁土体垂直深度增加,崩岗土体塑性指数、黏粒含量、分形维数及磨圆度等均整体呈降低的趋势;水分特征曲线斜率随着深度的增加而增大,土壤持水能力减弱,残余含水率及VG模型参数ɑ却随之减小,而参数n却随之增大;残余含水率、参数(ɑ、n)均与容重和颗粒的磨圆度呈极显著相关;残余含水率可用容重和黏粒含量描述,参数ɑ可用容重和形状比率描述、参数n可用容重和塑性指数描述。研究结果可为崩壁非饱和土的强度试验提供参考。     

农田土壤水分特征曲线参数拟合及其剖面变异特性研究

在天津农学院西校区和山西大同阳高试验基地,采用环刀取原状土方法分层、分垂直和水平2个方向取土样,采用高速离心机(CR22GⅡ)方法得到了土壤水分特征曲线数据,利用Van Genuchten模型对实测数据进行了拟合,并运用Excel软件规划求解与模式搜索法交替迭代进行参数拟合优化求解。结果表明,根据实测数据所选的参数初始值和优化值之间有明显差异,以残余含水率差异最大,参数n差异最小;参数优化过程中不同参数随迭代次数的增加有不同的变化规律;不同深度的参数优化值有显著差异,不同方向参数值有一定差异;取样误差对参数的优化结果也有一定的影响。     

天津城市绿地土壤水分特征曲线模型及参数确定

为定量评估天津城市绿地土壤水分特征曲线模型的适应性,运用张力计法获得绿地土壤水分特征曲线,选取Brooks-Corey模型、Gardner模型、Campbell模型、Van Genuchten模型、Gardner-Russo模型拟合土壤水分特征曲线,利用改进的粒子群算法确定模型参数,使用剩余平方和对模型进行评价。结果表明:Van Genuchten模型较常用的Gardner模型更好地描述天津城市绿地土壤水分特征曲线,Gardner-Russo模型模拟效果最差。通过仿真实验证明改进的粒子群算法计算土壤水分特征曲线模型参数的精度优于非单纯形法、阻尼最小二乘法、混合遗传算法以及随机粒子群算法。