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水利学报 2015 年 10 月 SHUILI XUEBAO 第 46 卷第10 期 文章编号:0559-9350(2015)10-1181-08 土壤水分特征曲线测定过程中土壤收缩特性研究 邢旭光l ， 2 ，赵文刚 l ， 2 ，马孝义 l ， 2， 1 ，张云龙3 (1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 712100; 2. 西北农林科技大学早区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100; 3. 西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨陵 712100) 摘要:为探求不同土壤水分特征曲线拟合模型的适宜性以及离心机法测定过程中的土壤收缩特性，选取云南秸壤 土(KM) 、辽宁砂壤土(Sy) 、新疆砂壤土(KL)和山东壤土(LY) ，分别对土壤水分特征曲线进行测定并拟合，而后 对测定过程中土壤的收缩度及其收缩特性进行分析。结果表明，对于KM 、 SY 、 KL 和 LY: (1) 当吸力从0 增至 7000 cm 时，土壤含水率逐渐减小，且减小速率呈现降低-增加-降低趋势; (2) 各土壤水分特征曲线经验模 型均表现出良好的模拟效果，适宜模型分别为VG-M(m ， n) 、 LND-M 、 VG-M(I-1仰， n) 和 VG-B(m ，时，其中 VG模型可作为最优模型同时对4 种土壤进行土壤水分特征曲线拟合; (3)在土壤水分特征曲线测定过程中，土壤 有效收缩度与吸力满足对数函数关系(R=0.82 - 0.97) , 4 种土壤收缩量表现为SYKMLYKL，且容重增加了 0.19 阳 0.46 g/cm; (4) 基于土壤收缩特征值可将土壤收缩过程大致分为伪饱和段、结构段和超正常段，且对于4 种土壤， 3 个收缩段均可以用直线模型描述，但各收缩段的吸力范围存在差异。 关键词:土壤水分特征曲线;土壤收缩;容重;模型 中固分类号: S152.7 文献标识码:A doi: 10.13243/ki.slxb.20 150632 1 研究背景 土壤水分特征曲线是土壤水吸力与土壤含水率的关系曲线，它表示土壤水的能量和数量之间的 关系[1] ，同时它也是研究土壤水分运动和溶质运移等问题的基础[24]; 该曲线对于评价土壤持水性、 土壤水分有效性和土壤中孔隙分布状况均具有重要作用[飞然而，土壤水基质势和土壤含水率之间的 数值关系较难从理论角度推导，所以目前仍采用数学模型对实测结果进行拟合，从而获得土壤水分 特征曲线，进一步获取模型中的水力参数。目前较多研究采用van Genu川u川山n 模型川[66创]及其修正模型和 Brooks - Coωre叮y 模型[川7η] 描述士壤水分特征曲线，在一定程度上忽略了 Dual - porosity 模型[8] 和 Log normal distribution 模型[剖，这就容易导致在为土壤选取最优拟合模型时出现偏差。 在土壤水分特征曲线测定方面，通常采用张力计法、压力膜法和离心机法，其中离心机法以其 简单、省时和可测吸力范围广等优点被广泛应用[10-11] 。在离心机法测定土壤水分特征曲线过程中，随 着转速/吸力水头增加，土壤含水率逐渐降低、容重逐渐增加，导致土壤发生变形并伴随体积收缩变 化。然而，目前对土壤水分运动进行研究时，多是假定土壤在干醒过程中土壤容积不变、以Darcy - Richards 方程为基础进行定量分析，这在→定程度上不能真实地反映土壤水分的实际运动过程和容积 变化特征，因为土壤在人渗、蒸发条件下会发生吸水膨胀和脱水收缩，导致土体含水率和容重均发 生显著变化[U] ，然而变容重反过来又会对土壤水分运动过程产生影响。 收稿日期: 2015-06-04; 网络出版日期: 2015-07-28 网络出版地址: http: I//kcms/detai Il11.1882.TV.20 150728.1206.004.html 基金项目:国家自然科学基金项目; 十二五国家科技支撑基金项目 (2012BAD08BOI) ;水利部公益性行业专项