[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

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；θ_r为残余含水率；θ_s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θ_s，θ_r，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＝θ_r+(θ_s-θ_r)/[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(θ_i,h_i)按式(4)转化为(x_i,y_i)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E_t+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：

q_i＝-k{(h_i-h_i-1)/Δz-1} (7)

得：k＝q_i/{1+(h_i-h_i-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，θ_s通过实测土壤孔隙率获得，残余含水率θ_r根据土壤性质进行设定。