土壤水分特征曲线
土壤水分特征曲线是表征土壤水分静态特性的重要参数,其对研究非饱和土壤水分运动具有重要作用。但在田间利用张力计实测土壤水分特征曲线时,常因土壤含水量较高,很难测得其高吸力部分。本试验点的土壤重量含水量均在20%左右,很难测定完整的土壤水分特征曲线。故采用了室内外相结合方法以弥补田间测定的不足。同时为了对比分析本试验区土壤水分特征曲线的变化特性,对实测数据进行了如下三种处理,即各实验点的室内外资料作为整体统一处理、所有五个试验点田间实测资料综合分析及五个实验点室内外实测资料综合分析。并利用下式对土壤体积含水量θv与吸力S间的关系进行拟合:
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其中,A和B为系数,拟合结果如表3-17所示。
表3-17 各实验点水分特征曲线拟合参数

由表3-17所见,各点的相关系数r均大于0.93,说明实测点间具有明显的相关性,同时得出下列结论:对于各个试验点,室内测定的数据与野外实测数据具有同样的变化规律,室内测定的数据足以作为野外测量的补充。因此合理利用室内外测定数据,可正确反映研究土体土壤含水量与吸力间的变化规律;各试验点拟合参数中,B系数的变化在-3.2710~4.6630,比较稳定。但综合野外实测资料所得的B的绝对值最小,综合室内外资料得到的B的绝对值最大。而A值综合野外情况下的最大和综合室内外的最小。因此综合野外和综合室内外数据所得到的土壤水分特征曲线可作为五个试验点土壤水分特征曲线的包罗线。
土壤水分特征曲线中土壤含水量与吸力关系S=AθBv可变形为:
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式中:θs为土壤饱和含水量。
Brooks-Corey(1964)提出的土壤水分特征曲线与土壤饱和导水率间的关系式:
(https://www.daowen.com)
式中:Ks为土壤饱和导水率;M为系数;θs为土壤饱和含水量。
由式(3-76)可知,随着A和B的绝对值增加,饱和导水率减小。由于A与B对土壤饱和导水率的影响关系比较复杂,为了从土壤水分特征曲线上判定土壤的导水能力,需对各种情况的饱和导水率的相应部分进行计算,并设Ks=MN,即N代表式(3-76)的后半部分,计算结果如表3-18所示。
表3-18 各试验点N值

从五个试验点的拟合结果来看,N值大小依次为周家庄、下漫水滩、五墩子、庄家窑及西槽,说明它们的导水能力是依次减小。这与前面颗粒组成分析结果相吻合。
为了分析两种综合情况土壤水分特征曲线与土壤饱和导水率间的关系,将两种综合特征曲线代入式(3-76),对每一实验点的土壤饱和导水率的相应系数N进行计算,计算结果如表3-19所示。
表3-19 各试验点的N值(10﹣5)

由表3-19可见,虽然对于野外综合及室内外综合特征曲线系数所计算的各试验点的土壤饱和导水率的N变化规律与利用各实验点的土壤水分特征曲线水的N有所不同,但是对于每个试验点而言,利用各自土壤水分特征曲线所得的N都位于利用野外综合和室内外综合特征曲线所的N之间,且室内外综合所得的N大于野外综合所得的N。同样利用室内外综合和野外综合水分特征曲线计算的饱和导水率形成了研究土体饱和导水率的范围。这与上述的土壤水分特征曲线的包罗线概念相一致。
综上所述,综合分析研究区域室内外实测的土壤含水量与吸力间的资料,可确定研究区域的土壤水分特征曲线包罗线,以及分析土壤的导水能力,有利于分析研究区域的综合土壤水分特征曲线和导水能力。