[发明专利]一种测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法在审

专利信息
申请号: 201810789494.4 申请日: 2018-07-18
公开(公告)号: CN108918333A 公开(公告)日: 2018-11-30
发明(设计)人: 李立;王康;倪福佳;王瑾;彭天翔 申请(专利权)人: 武汉大学
主分类号: G01N5/04 分类号: G01N5/04;G01N15/08;G01N33/24
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 唐万荣
地址: 430072 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 土柱 水力传导 水分特征曲线 张力计读数 测量土壤 基质势 张力计 非饱和土壤 土壤含水率 充分饱和 反复迭代 农业生产 渗水现象 水分特征 水分消耗 水分运动 土壤剖面 土壤蒸发 准确测量 称重法 原状土 蒸发量 测点 干土 漏水 取土 埋设 观测 简易 修正 清晰 土壤 预报 试验 生态
【权利要求书】:

1.一种测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法,其特征在于,包括以下步骤,步骤一,装取原状土,设置若干张力计;

步骤二,充分饱和土柱后底部加封;

步骤三,根据土柱水分消耗的状况和张力计读数的变化情况每日测量1~2次,测量内容包括土柱重量及各张力计读数;

步骤四,当土柱测点基质势值超出张力计工作范围后,测量结束;

步骤五,在各张力计埋设点取土,使用称重法测定土壤含水率,并测定土柱干土重,计算土柱含水量及时段蒸发量;

步骤六,采用对数转换的方法对van Genuchten方程进行线性化处理,将vanGenuchten方程简化为线性回归式:y=nx+β。

2.根据权利要求1所述的测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法,其特征在于,非饱和水力传导度采用瞬时剖面法确定,根据步骤五所测的土柱各时段的蒸发强度,根据相应时段土壤含水率剖面数据,推求土柱不同断面的水流通量并写出差分形式,得到水力传导度关系式,将相应断面的水流通量计算值及水力梯度代入所得公式,求出相应土壤负压下的非饱和水力传导度。

3.根据权利要求1或2所述的测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法,其特征在于,所述步骤六具体为,van Genuchten土壤水分特征曲线函数关系为:

其中,n为土壤水分特征曲线形状系数,α为进气含水率对应的负压的倒数,通过试验求得;θr为残余含水率;θs为进气含水率;θ为计算时段土壤含水率;

m=1-1/n情况下,van Genuchten方程中包含θs,θr,α和n四个参数,h为土壤基质势,根据实测数据对以上参数进行拟合求解,方程(1)可以写为:

θ=θr+(θsr)/[1+(αh)n]m (2)

对式(2)采用对数转换的方法进行线性化处理,令:

则式(3)被简化为:y=nx+β (4)

相应的实测点(θi,hi)按式(4)转化为(xi,yi)后,非线性拟合被简化成为线性回归,具体计算步骤包括:

步骤1,设定初始m值,0<m<1,通过线性回归方程(4)计算α,n值;

步骤2,令m1=1-1/n,如果|m1-m|>ε,ε为控制精度,相对误差小于1%,返回步骤1,否则计算完成。

4.根据权利要求2所述的测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法,其特征在于,非饱和水力传导度采用瞬时剖面法确定,实测土柱各时段的蒸发强度,具体为,根据相应时段土壤含水率剖面资料,推求土柱不同断面的水流通量,t1和t2时刻土柱土壤z1–z1断面处水流通量为:

式中Et+1/2是t1到t2时段的平均土面蒸发强度,同理可以列出土柱任一时段任一断面水流通量的计算式,根据达西定律,得水流通量的计算式为:

写成差分的形式为:

qi=-k{(hi-hi-1)/Δz-1} (7)

得:k=qi/{1+(hi-hi-1)/Δz} (8)

k为土壤渗透系数,将相应断面的水流通量计算值及水力梯度代入式(8),求出相应土壤负压下的水力传导度。

5.根据权利要求3或4所述的测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法,其特征在于,θs通过实测土壤孔隙率获得,残余含水率θr根据土壤性质进行设定。

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