土壤水力特性空间变异的试验研究进展.pdfVIP

水科学进展990417 水科学进展 ADVANCES IN WATER SCIENCE 1999年 第10卷 第4期 Vol.10 No.4 1999 土壤水力特性空间变异的试验研究进展 黄冠华 摘要：土壤水力特性的空间变异是影响土壤 中水分及溶质运移动态的主要因素。70年 代以来国内外有关学者就土壤水力特性空间变 异进行了大量的试验研究，通过对试验 结果分析，得出了许多可供参考的结论，如水力特性 空间变异尺度随研究区域尺度的 增大而增大，且两者呈一定的比例关系，大多数水力特性遵 从对数正态和正态分布， 这些结论对于研究区域溶质（污染物）的迁移动态以及区域水盐动 态预报十分重要的 参考价值。 关键词：水力特性；空间变异；试验研究 中图分类号：TV641.2；G353.11　　　文献标识码：A HUANG Guan-hua monitoring of f ield soil regime． 　　在大面积地下水环境预测预报及农田土壤墒情预测预报等实际问题的研究中， 土 壤水力特性的空间变异性是影响土壤中水分及溶质运移不确定性的主要因素。由于这 种不 确定性的存在，利用传统的确定性数学模型对野外溶质运移过程进行预测预报便 会遇到许多 困难。近年来，国外有关学者所建立的地下水和溶质（污染物）运移的随 机理论 ［1， 8 ，11，12］ ，为该领域相关问题的研究开辟了新的途径。在上述随机理论 中，具有空 间不确定性（非均匀性）的土壤水力特性（如水力传导度、容水度等）被 视为随机空间函数 （RSF），相应的水流和溶质运移方程中的变量也被视为随机空间 函数。而随机理论 与方法研究的目的正是根据土壤水力特性的统计矩，来分析和计算 水分和溶质运移变量的统 计矩。 　　国外许多学者在70年代以来，对土壤水力特性空间变异问题做了大量的室内和野 file:///E|/qk/skxjz/skxj99/skxj9904/990417.htm（第 1／11 页）2010-3-23 6:58:10 水科学进展990417 ［6，7，15，16，20］ 外试验研 究 ，并采用不同的统计分析方法对试验所得的结果进 行了 ［6，15，18，20，21，23］ 大量的分析工作 ，得出了许多极有参考 价值的结论。 ［2，3， 　　我国自80年代以来，对土壤水力特性空间变异问题做了一些初步研究工作 4］，但这些研究无论在室内外试验还是理论分析上与国外同行相比均有不少差距，因 而 值得借鉴国外在该领域中的有关研究成果。 1　土壤水力特性空间变异的表征方式 　　表征土壤水力特性的两个主要参数是水力传导度K（ψ）及容水度C（ψ）（水分 特征曲线 θ（ψ）斜率）。由于土壤的空间变异性，K（ψ）、θ（ψ）是随空间位 置X＝（x ，x，x）变化而变化的，即K（ψ）＝K（ψ，X），θ（ψ）＝θ（ψ， 1 2 3 X） 。如何描述K（ψ），θ（ψ）随空间位置变化而变化的特征，并由此而确定K （ψ）、θ （ψ）的总体统计特征，随机理论为解决该问题提供了一有效途径。 　　应用随机方法来描述非均质土壤中参数的空间变异性时，常常是将有关参数u （X）视为三 维统计均匀的空间随机函数（RSF）或随机场U（X）的随机实现，且随 机场U（X）是以下两部分之和，即 U（X）＝M（X）＋W（X）　　　（1） 式中　M（X）是确定性空间光滑函数，它是随机场U（X）的均值部分，又称趋势 项，M （X）＝E［U（X）］；而W（X）是零均值的随机空间函数，它是随机场U （X）的局 部随机小扰动分量，E［W（X）］＝0；U（X）的空间结构是由其变差函 数或协方差函 数所决定的。 　　大量的研究结果 ［9，17，24］