土壤入渗特性的空间变异性及土壤转换函数 Spatial variability of soil infiltration characteristics and its pedo-transfer functions.pdfVIP

第2l卷第2期 水科学进展 V01．21。No．2 2010年3月 ADVANCESINWATERSCIENCE Mar．，2010 土壤入渗特性的空间变异性及土壤转换函数 刘继龙1，马孝义1，张振华2 (1．西北农林科技大学水利与建筑工程学院．陕西杨凌712100；2．鲁东大学地理与规划学院，山东烟台264025) 摘要：以在杨陵一级阶地上进行的入渗试验为基础，利用多重分形和联合多重分形方法，研究分析了土壤入渗特性 在多尺度上的空间变异性及与土壤物理特性的相关性，并在此基础上建立了土壤入渗特性的土壤转换函数。研究 表明：土壤入渗特性具有多重分形特征，观测尺度上，稳定入渗率、前30rain累积入渗量的空间变异都主要由粗 粉粒和粘粒含量的空间变异造成。在多尺度上，稳定人渗率的空间变异受土壤容重、粗粉粒和粘粒含量的空间分布 影响显著，前30min累积人渗量的空间变异受粗粉粒和粘粒含量的空间分布影响显著，与观测尺度上的影响因素 min累积入渗量的土壤转 相同。基于联合多重分形分析建立的稳定入渗率的土壤转换函数的计算误差较小，前30 换函数的计算误差较大。 关键词：土壤入渗；稳定人渗率；空间变异性；土壤转换函数；多重分形 中图分类号：S152．72 文献标志码：A 文章编号：1001_679l(2010)02-0214-08 土壤入渗特性研究在水文产流计算和水资源的高效利用等诸多方面具有重要意义。20世纪以来，人们对此 已进行了大量的研究，但大多数以小尺度上的研究为主，如何准确获得较大尺度上的土壤入渗特性参数一直是 农业、土壤、水科学等诸多领域所关注的重要问题。由于土壤入渗特性受到土壤结构、土壤质地和土地利用方 式等因素的影响¨引，且存在强烈的空间变异性H…，使得这一领域的研究面临许多困难。近十几年来，许多学 者通过各种统计方法研究土壤入渗特性的空间变异，以期获得较大尺度上的土壤入渗特性参数，这些研究以大 量的野外土壤入渗试验为基础，而传统的野外入渗试验方法费时费力M1，在较大尺度上进行大规模的测试是十 分困难的。因此建立土壤入渗特性与易测定的土壤物理特性之间的函数关系，即土壤转换函数，是获取较大尺 度上土壤人渗特性参数的重要途径。目前建立土壤转换函数的主要依据是分析某一尺度上土壤入渗特性与影响 因素的相关性，但土壤入渗特性的空间变异性是不同尺度上各种过程和因素共同作用的结果，且每个过程和因 素的影响强度随尺度的变化而变化¨m…。因此，研究土壤入渗特性的空间变异性和建立土壤入渗特性的土壤转 换函数时，应充分考虑不同尺度下各因素的影响特征和影响强度¨2|。多重分形方法是分析各种研究对象在多尺 度上的空间变异性以及研究对象与影响因素相关性的有效工具，已在许多方面得到了应用¨“”1，但是针对自然 状态下土壤人渗特性在多尺度上的空间变异性及其土壤转换函数的研究还较为少见。为此，本文利用多重分形 和联合多重分形方法，研究分析了土壤入渗特性与土壤物理特性在多尺度上的空间变异性与相关性，并在此基 础上建立了土壤入渗特性与土壤物理特性之间的土壤转换函数。 1 多重分形 多重分形是定义在分形结构上的有无穷多个标度指数所组成的一个集合，用一个谱函数来描述分形不同 层次的特征，是从系统的局部出发来研究其整体的特征。多重分形理论主要包含4个参数：质量指数．r(9)、 0。川： 广义维数D(q)、奇异指数0c(q)及其维数分布函数八g)，各参数的计算公式如下‘1 收稿日期：2008．11．28 作者简介：刘继龙(1981一)，男，山东五莲人，博士。主要从事农业水土工程方面研究。 E·mail：dragon6688495@yahoo．COrn．cn 通信作者：马孝义，E·mail：xiaoyimasl@yahoo．corn．cn 万方数据 第2期 刘继龙，等：土壤入渗特性的空间变异性及土壤转换函数 215 (1)