[发明专利]全范围土壤水分特征曲线拟合方法及拟合系统

说明书

本发明涉及土壤特性研究技术领域，尤其涉及一种全范围土壤水分特征曲线拟合方法及拟合系统。该方法包括以下步骤：检测土壤样本中的土壤含水量变量和土壤吸力变量；根据土壤含水量变量和土壤吸力变量计算生成分段土壤水分特征曲线图；根据预设的连续光滑约束条件对分段土壤水分特征曲线图进行修正，并得到多个拟合参数；根据多个拟合参数再次对分段土壤水分特征曲线图进行修正，使分段土壤水分特征曲线图中的多条分段土壤水分特征曲线拟合为全范围土壤水分特征曲线。本发明根据土壤含水量变量、土壤吸力变量计算得到多个拟合参数，并通过多个拟合参数得到全范围土壤水分特征曲线，具有计算量小、简单操作、容易实现、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及土壤特性研究技术领域，尤其涉及一种全范围土壤水分特征曲线拟合方法及拟合系统。

背景技术

土壤水是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分。基质势又称“间质势”、“毛管势”，是指在土壤基质(固体颗粒)的吸附作用下，土壤水较自由水降低的自由能(势值)。土壤水的基质势(或土壤水吸力)随土壤含水量而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。

土壤水分特征曲线反映的是土壤能量与土壤含水量之间的关系。由于受到土壤质地、土壤结构、孔隙等多种因素的影响，土壤水分特征曲线是一个高度非线性函数，难以从理论上推导出具有明确物理意义的关系式。但是已有许多研究通过大量的试验，提出了许多描述水分特征曲线的经验公式。目前，获得土壤水分特征曲线的方法常用的方法有直接测定法和模型模拟法两种。直接测定法主要有张力计法、离心机法、压力膜法、平衡水汽压法、砂性漏斗法和电热传导法等，模型模拟法有经验公式法、土壤转换函数法、物理经验法和分形几何法。无论是直接测定法还是模型模拟法都只是在描述饱和含水量到残余含水量这一区间的土壤水分特征曲线。

土壤水分特征曲线是土壤水基质势随土壤含水量变化而变化的关系曲线，对于土壤学研究具有重要意义；在农田灌溉、土壤入渗、产流计算和蒸发估算中是一个非常重要的土壤物理参数。在许多研究和应用中，传统的土壤水分特征曲线所指的土壤水分变化范围是从饱和含水量到残余含水量，而土壤残余含水量(或凋萎含水量)被视为土壤含水量的最小值。现有的许多经验公式和实验方法只能描述介于饱和与残余含水量之间的土壤水分特征曲线，而无法描述低于残余含水量的土壤水分特征曲线。目前常用的土壤水分运移模型采用的是传统的土壤水分特征曲线；在干燥环境下，特别在干旱荒漠区，包气带土壤含水量接近或低于残余含水量(称为干燥土壤)，在模拟干燥土壤水汽运动时，这些模型会出现无法运行或者错估水分运移过程。

因此，急需一种全范围土壤水分特征曲线拟合方法及拟合系统。

发明内容

本发明提供了一种全范围土壤水分特征曲线拟合方法及拟合系统，以便于能够描述低于残余含水量的土壤水分特征。

本发明的一个方面，提供了一种全范围土壤水分特征曲线拟合方法，包括以下步骤：

S1、检测土壤样本中的土壤含水量变量和土壤吸力变量；

S2、根据土壤含水量变量和土壤吸力变量计算生成分段土壤水分特征曲线图；根据预设的连续光滑约束条件对分段土壤水分特征曲线图进行修正，并得到多个拟合参数；

S3、根据多个拟合参数再次对分段土壤水分特征曲线图进行修正，使分段土壤水分特征曲线图中的多条分段土壤水分特征曲线拟合为全范围土壤水分特征曲线。

进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、将土壤含水量变量和土壤吸力变量代入公式

计算生成分段土壤水分特征曲线图；

S22、根据预设的连续光滑约束条件对分段土壤水分特征曲线图进行修正，并得到多个拟合参数θ_s、n、和λ；