水分持留曲線

水分持留曲線

水分持留曲線描述土壤含水量θ和土壤水勢ψ之間的關係。不同類型土壤的水分持留曲線都是特異的,因此該曲線也被叫做土壤水分特徵曲線

基本介紹

  • 中文名:水分持留曲線
  • 描述:土壤含水量和土壤水勢間的關係
  • 又稱:土壤水分特徵曲線
簡介,歷史,方法,形狀參數,

簡介

水分持留曲線描述土壤含水量θ和土壤水勢ψ之間的關係。不同類型土壤的水分持留曲線都是特異的,因此該曲線也被叫做土壤水分特徵曲線
該曲線常被用來估計土壤蓄水量、對植物的供水能力(田間持水量)以及土壤團聚體穩定性。由於水進入和離開土壤孔隙具有遲滯效應,潤濕和乾燥曲線也可以區分開。
水分持留曲線的總體特徵如圖所示,該圖橫縱坐標分別為體積含水量θ和基質勢
。在勢能接近0處,土壤接近飽和,水分主要由毛細作用力保持在土壤中。當θ逐漸變小,水的結合力增強,在更小的勢能處(負值的絕對值變大,即接近凋萎點),水被緊緊留存在最小孔隙中、穀粒的接觸點間,以及被土壤吸附力保留在顆粒表面形成一層水膜。
曲線曲線
砂土中的水主要是靠毛細作用來吸收的,因此在較高(較小絕對值)勢能下,大部分水會流失。然而黏土由於粘附和滲透的存在,會在較低勢能下才釋放水分。在任意勢能下,泥煤土的水含量通常比黏土要高,而後者的含水量一般比砂土高。任意土壤的持水性都和土壤孔隙度以及土壤結合力的特性有關。

歷史

1907年,物理學家埃德加·白金漢姆(Edgar Buckingham)利用從砂土到黏土質地各不相同的六種土壤,建立了第一條水分持留曲線。實驗所用土壤柱有48英寸高,在距離土壤柱地段2英寸的位置,通過周期性地利用側管補充水分,保持了一個穩定的水位。土壤柱的上端是封閉的以防止蒸發。

方法

范格魯切騰(Van Genuchten)參數(
)可以通過田間或室內實驗來確定。一種方法是瞬時剖面法,利用該方法可以測定在一系列吸水壓力
下的土壤含水量(或有效飽和度Se)。由於該方程的非線性特徵,諸如非線性最小二乘法等數學技巧能夠用來解出范格魯切騰參數。被估計參數的精確度取決於已有數據集(
)的質量。

形狀參數

有多種模型可以用來描述水分持留曲線的形狀,其中一種是van Genuchten模型:
其中
是水分持留曲線[LL];
是吸水壓力([L],cm水柱);
是飽和水含量[LL];
殘餘水含量[LL];
與進氣吸力的倒數有關,
n是孔隙大小分布的一個相關量, n>1 (無量綱)。
基於上述參數化方式,我們構建了一個能夠對不飽和導水率-飽和-壓力關係作出預測的模型。

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