[发明专利]一种描述干团聚体粒径分布的模型

说明书

本发明提供了一种描述干团聚体粒径分布的模型，所述模型结合幂函数和指数函数来表达干团聚体的粒径分布，模型的方程式为：，其中，d为筛孔粒径，P(d)为干团聚体累积物小于筛孔粒径的可能性，λ、γ为拟合参数，d_r为干团聚体累积频率等于最大干团聚体累积频率的0.63时的直径，其中，取1−e⁻¹≈0.63。总体上，利用不同土壤质地、不同土地利用方式和不同筛分方式的土壤干团聚体粒径分布数据对新模型和已有模型进行对比分析可知，新模型模拟精度最高，为提高风蚀模型计算的精确度提供了指导。

技术领域

本发明属于土壤流失防治技术领域，具体涉及一种描述干团聚体粒径分布的模型。

背景技术

风蚀是导致干旱和半干旱地区肥沃表层土壤颗粒物质流失的主要自然驱动力。土壤风蚀会降低土地生产力，导致土壤退化。土壤表层粗造影响因子和干团聚体粒径分布是影响风蚀的关键因素。干团聚体粒径是影响风蚀模型的重要输入参数，为了提高风蚀模型计算的精确度，需要定量描述土壤干团聚体粒径的分布。平筛(或套筛)是获取干团聚体粒径分布的传统方法，为了减小手动筛分造成的误差，多使用振筛机和一套平筛获取干团聚体粒径分布。为了减小振筛机对干团聚体的破坏，Chepil设计了旋筛来获取干团聚体粒径的分布。干团聚体粒径分布的旋筛方法被广泛应用于WEQ、RWEQ、WEPS等风蚀模型中。

几十年来，科学家一直在探索干团聚体粒径分布参数化的方法。使用数学函数拟合来确定干团聚体粒径分布被认为是一种有效的方法。Marshall和Quirk建立了WD模型(Weibull distribution)来确定干团聚体粒径分布，并通过实验验证了WD模型描述的干团聚体破碎的过程，所述方程为：

其中d为筛孔，P(d)为干团聚体小于筛孔d的累积频率，α为尺度因子，β为形状因子。

Perfect等人介绍了Mandelbrot提出的FD模型(Fractal distribution)来表达干团聚体粒径的分布。实验结果表明，干团聚体的质量大小和数量大小分布均可用FD模型表示，所述方程为：

其中d_max为最大筛孔尺寸，D为分形维数。

Wagner and Ding(1993)进一步改进Lognormal distribution(LD)模型，改进后的模型MLN描述干团聚体粒径分布方程为：

其中d₀拟合参数,μ是几何平均粒径(geometric median diameter，GMD),δ是干团聚体粒径分布的标准差(log of the geometric standard deviation，logGSD)。

Perfect等人1993年在不同实验地收集了干团聚体粒径分布数据，在比较FD模型(Fractal distribution)和WD模型(Weibull distribution)后发现，FD模型(Fractaldistribution)表现出了更高的精度。Zobeck等人2003年利用在美国六个州的24个地点采集的5400多个表层土壤样品验证了FD模型和WD模型，结果表明WD模型表现更好。同时发现不同尺寸的筛孔对模型的拟合结果有很大影响，在实践中，不同的实验目的、使用不同的操作程序对干团聚体进行筛分，干团聚体的粒径分布会呈现不同的曲线模式。此外，当前对数正态模型(Lognormal distribution,LD)、分形模型(Fractal distribution，FD)和威布尔模型(Weibull distribution，WD)存在不能很好地表达右侧单峰值和多峰值的干团聚体粒径分布情况的问题，针对此情况，本发明提出了一种结合幂函数和指数函数的新模型来表达干团聚体粒径分布，并且利用几个国家不同出版物的数据进行了验证。

发明内容