应用RETC软件拟合土壤水分特征曲线的结果及分析
非饱和土壤导水率试验计算与模拟分析
非饱和土壤导水率试验计算与模拟分析胡钜鑫;虎胆·吐马尔白;穆丽德尔·托伙加;杨未静【摘要】以非饱和土壤导水率作为研究对象,用瞬时剖面法计算两种土壤非饱和土壤导水率,并与RETC中不同模型的模拟结果进行对比,研究瞬时剖面法计算结果的可靠性.结果表明:两种土壤的K-h与lgK-h模拟曲线和实测值均吻合较好,实测值和不同模型的模拟值均属于高度性相关,且K-θ实测曲线与各模型的模拟曲线变化规律相似,处于各模拟曲线之间.综上所述,瞬时剖面法计算结果与模拟结果相似,具有一定的准确性,可以直接使用在实际生产运用过程中.【期刊名称】《石河子大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】7页(P105-111)【关键词】非饱和土壤导水率;瞬时剖面法;van Genuchten模型;Mualem模型【作者】胡钜鑫;虎胆·吐马尔白;穆丽德尔·托伙加;杨未静【作者单位】新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐市,830052;水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京,210098;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐市,830052;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐市,830052;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐市,830052【正文语种】中文【中图分类】S152.7非饱和土壤土导水率K 是土壤水分参数中的重要参数之一，它反⒊了土壤中的水分在非饱和状态下的运动规律。
非饱和土壤导水率的测定方法包括直接法和间接法，直接法又分为田间测定和室内测定。
田间测定方法包括结壳法[1]、圆盘入渗法[2-4]、双环法[5]等，室内测定方法包括瞬时剖面法、垂直下渗通量法、零通量法[6]等。
其中直接测量法通常耗时耗力，不易测量，因此大部分学者常选⒚间接方法求取非饱和导水率，包括土壤水分再分布法[7-8]，或者通过水分特征曲线C 和水平扩散度D 公式推求非饱和土壤导水率K[9]，另外通过模拟软件[10]，例如Hydrus 和RETC 通过土壤质地资料推求非饱和导水率[11-13]。
盐分对土壤水分特征曲线的影响
种溶液处理 ２ 个 重 复。 将 ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＭｇＳＯ４ 共 ５ 种 溶 质，分 别 配 置 成 ５ 种 不 同 含 盐 量
（０．１％、０．３％、０．５％、０．７％、１％）的 溶 液，即 饱 和 后 的 含 盐 量，其 值 低 于 实 际 溶 液，并 设 １ 个 空 白 组，共
尺测量每个转速下土壤的压缩量。离心结束后，将土样烘干称质量，并计算各 个 转 速 下 的 土 壤 质 量 含 水 率，
并换算为土壤体积含水率。
通常情况下，计算吸力时不考虑土样的 压 缩，即 土 样 在 离 心 过 程 中 干 密 度 不 变；但 当 转 速 不 低 于 ６ ０００ ｒ／ｍｉｎ 时 ，不 考 虑 土 样 压 缩 的 吸 力 计 算 误 差 较 大 ［３］，故 均 采 用 考 虑 土 样 压 缩 的 改 进 公 式 计 算 吸 力 ，改 进 公 式 为 ：
＊ 收稿日期：２０１４－０３－０８ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１２７９１４２；５１３７９１５１） 作者简介：谭霄（１９８８－），男，四川攀枝花人。博士研究生，主要从事土壤水热盐运移及数据同化方向研究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｚｈｔｘ５４＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：伍 靖 伟 （１９７４－），男 ，教 授 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｇｗｅｉｆｒ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
０．０２１４０４ ０．００１１１３ ０．００５４７８ ０．００５６８３ ０．００１８７９ ０．００４９９３ ０．００５７６４ ０．００６７０６ ０．００９７３３ ０．００８１４９ ０．００２６６１ ０．００２８２７ ０．００３３５８ ０．００２３１５ ０．００４６７９ ０．００４６７ ０．００９７３６ ０．０１１０１ ０．０１３９２４
基于RETC与MATLAB的土壤水力学参数计算
土壤含水量θ
0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
实测数据 拟合数据
0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
实测数据 lsqcurvefit 拟 合 数 据 nlinfit'拟 合 数 据 nlintool拟 合 数 据
0
2000
4000
6000 8000 10000 土壤基质吸力h
RSS ( i/ i ) 2
i 1
i
i)
2
实例演示
运行结果： Matlab实例结果： 函数 R2 计算结果表 RMSE
0.0077 0.0077 0.0077
ME
RSS
lsqcurvefit 0.9963 nlinfit nlintool 0.9963 0.9963
0.0000050 4.77E-04 474 0.0000145 4.77E-04 95 0.0000145 4.77E-04 95
实测数据 拟合数据
5000
10000 土壤基质吸力h nlintool函 数 计 算 结 果
15000
0
2000
4000
6000 8000 10000 12000 土壤基质吸力h 三个函数拟合结果对比图
14000
16000
0.65 0.6 0.55 0.5
0.65 0.6 0.55 0.5
土壤含水量θ
拟 合 值
0.10 0.05 0.00 0 5000 10000 15000 |Pressure Head| [cm]
0.15
拟 合 值
0.10 0.05 0.00 0 5000 10000 15000 |Pressure Head| [cm]
土壤水分特征曲线测定实验
土壤水分特征曲线测定实验实验原理张力计插入土样后，张力计中的纯自由水经过陶土壁与土壤水建立了水力联系。
在非饱和土壤中，仪器中的自由水的势值总是高于土壤水的势值，因此，仪器中的自由水就会透过陶土管进入土壤，但因陶土材料孔隙细小，孔隙中形成的水膜不能使空气通过，而只能让水或溶质液通过（但如果压力过高水膜破裂，空气就会透过，这时的压力称为透气值），因而在仪器内形成一定的真空度，由仪器上的负压表读出。
最后当仪器内外的势值趋于平衡时，仪器中水的总水势Φwd与土壤中土水势Φws应该相等，即：Φwd＝Φws土水势的完整表述为：Φ=Φm+Φp+Φs+Φg+ΦT因为陶土管为多孔透水材料，并非半透膜，故溶质也能通过，最后达到内外溶液浓度相等，内外溶质势Φs相等。
仪器内外温度相等，温度势ΦT相等。
坐标0点选在陶土头中心，则陶土头中心的内外重力势Φg相等。
这样仪器中和土壤中的总势平衡可表述为：Φm d＋Φpd＝Φm s＋Φps式中，Φps为土壤水的压力势，Φm s为土壤水的基质势，Φpd为仪器内自由水的压力势，Φm d为仪器内自由水的基质势。
在非饱和土壤中，土壤水所受的压力为大气压（基准状态），故Φps应为零，又仪器中自由水无基质势存在，故Φm d亦为零，所以：Φm s＝Φpd＝ΔP D+z式中，ΔP D为负压表显示的负压值（小于0），z为埋藏在土中的陶土管中心与土面以上负压表之间的静水压力即水柱高，（向上为正，大于0）。
即可得到土壤水的基质势。
按定义土壤水吸力为基质势的负值，因而即可测得吸力值。
S=－Φm s＝－ΔP D－z如果负压表读数记为P（大于0，即P＝－ΔP D），则S=P－z另外，在计算土样中水分的变化时，还应考虑集气管中水分的变化量。
实验内容与设计1. 土样：粘土、砂壤土2. 容重：1.3g/cm3 、1.4g/cm33. 方式：脱湿：配置饱和土样，在室内自然蒸发，测定整个过程中土壤含水率与吸力关系曲线。
两种方法对土壤水分特征曲线的拟合及比较
两种方法对土壤水分特征曲线的拟合及比较作者：梁晨璟，李春光，赵文娟来源：《湖北农业科学》 2014年第1期梁晨璟１，李春光２，赵文娟１（１．宁夏大学土木与水利工程学院，银川７５００２１；２．北方民族大学数值计算与工程应用研究所，银川７５００２１）摘要：土壤水分特征曲线是土壤水吸力与含水率之间的关系曲线。
此次试验利用压力膜仪测定银川北部盐渍土的土壤水吸力和含水率。
对土壤水分特征曲线的Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ模型采用Ｍａｔｌａｂ软件和ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ软件进行拟合。
经过比较和分析后发现，用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ软件与Ｍａｔｌａｂ软件拟合土壤水分特征曲线精度近似相同，但是ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ软件对于不懂任何编程语言的人来说操作更为简便。
关键词：土壤水分特征曲线；Ｖａｎ-Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ模型；拟合方法；比较中图分类号：Ｓ１５２．７＋１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）01－0056-03ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｗｏＭｅｔｈｏｄｓＦｉｔｔｉｎｇＳｏｉｌＭｏｉｓｔｕｒｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＣｕｒｖｅＬIANG Ｃｈｅｎ-ｊｉｎｇ１，ＬI Ｃｈｕｎ-ｇｕａｎｇ２，ＺHAO Ｗｅｎ-ｊｕａｎ１（１．ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，ＮｉｎｇｘｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＢｅｉｆａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＮａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ describes ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｗａｔｅｒｓｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｓｏｉｌ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｓａｉｍｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｓｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｍｂｒａｎｅａｎａｌｙｚｅｒｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎａｒｅａｏｆＹｉｎＣｈｕａｎｓａｌｉｎｅｓｏｉｌ．Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎｍｏｄｅｌｉｓ used ｔｏｆｉｔｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｕｓｅｂｙＭａｔｌａｂａｎｄＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ．Ｂｙｃｏｍｐａｒative ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ waｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｉｔｈａd ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｔｈｅｓａｍｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｆｉｔｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌａｎｄＭａｔｌａｂｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｂｕｔｉｔｉｓｍｏｒｅｓｉｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｆｏｒｐｅｏｐｌｅｎｏｔｋｎｏｗing ａｎｙｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｌａｎｇｕａｇｅｂｙｕｓｉｎｇＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ；Ｖａｎ-Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎｍｏｄｅｌ；ｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ土壤水分特征曲线是土壤水的基质势或土壤水吸力随土壤含水率变化的关系曲线，是研究土壤水分的保持和运动所用到的反映土壤水分基本特征的曲线。
不同土地利用类型土壤水分特征曲线研究
不同土地利用类型土壤水分特征曲线研究黄朗１，２，３王醒１，２，３黄卉１，２，３方荣杰１，２，３（１．桂林理工大学环境科学与工程学院；２．桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室；３．桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，广西桂林５４１００４）中图分类号：Ｓ１５７．２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０２０．０６．０２摘要：以喀斯特地区典型峰丛坡地不同土地利用类型为例，结合野外调查与室内分析方法，应用Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ模型研究灌木林地、橘子园地、西瓜耕地３种土地利用类型的土壤水分特征曲线，分析在不同土地利用类型下的土壤持水性能。
结果表明：喀斯特典型峰丛坡地土壤黏粒含量和密度大小依次为西瓜耕地＞橘子园地＞灌木林地，总孔隙度则呈相反趋势。
灌木林地土壤持水量显著高于橘子林地和西瓜耕地，且与坡位高低呈正比。
土壤持水能力与黏粒含量、土壤密度呈正相关趋势，与土壤总孔隙度呈负相关趋势，与坡位呈负相关趋势。
西瓜耕地的持水能力最强，橘子园地其次，灌木林地最弱。
土地利用类型是土壤水分特征曲线的主要影响因子。
关键词：喀斯特；土地利用类型；Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ模型；水分特征曲线 中国西南喀斯特地区是全球喀斯特的集中区，主要集中分布在滇、黔、桂３省区，面积约３３．６万ｋｍ２，由于其二元结构特征，形成了脆弱的生态环境［１］。
生态环境变异敏感度高，稳定性差，成土缓慢导致土层浅薄且分布不均，地表与地下并存的二元结构导致雨水和地表水强烈渗漏，地表生境处于长期干旱状态。
土壤水是陆地植物赖以生存的原动力，也是提高农业生产种植的驱动力。
土壤水分特征曲线是描述土壤水分能量和数量的关系曲线，反映了土壤水基质势与土壤水含量的函数关系，对研究土壤水滞留与运移有重要作用［２，３］。
很多学者已经对土壤水分特征曲线进行了大量的研究，研究表明土壤水分特征曲线受到多重影响因子的制约，其中包括土壤颗粒的机械组成［４，５］、密度［６］、土壤结构［７］３大主要理化性质。
土壤水分溶质动力学(DOC)
博士□基地班硕士□硕博连读研究生□兽医硕士专业学位□学术型硕士☑工程硕士专业学位□农业推广硕士专业学位□全日制专业学位硕士□同等学力在职申请学位□中职教师攻读硕士学位□高校教师攻读硕士学位□风景园林硕士专业学位□西北农林科技大学研究生课程结课论文封面（课程名称：土壤水分溶质动力学）学位课☑选修课☐研究生年级、姓名 XXXXXXX研究生学号 XXXXXXXXXX所在学院（系、部） XXXXX学院 XXXXXXXX专业学科 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX任课教师姓名 XXXXXXXX考试日期考试成绩评卷教师签字处作业一要求:1. 用EXCEL文档绘制土壤的水分特征曲线的散点图。
2. 比较土壤的水分特征曲线。
3. 分别用幂函数、BC函数和RETC软件拟合土壤水分特征曲线，并比较三个函数的拟合效果。
4.在土壤的水分特征曲线的散点图的基础上，根据三种函数用实线绘制计算的水分特征曲线，并比较实测值和计算值的差异。
土壤的水分特征曲线的散点图。
(1)土壤水分曲线的特征散点图（2）分别用幂函数、VG函数、BC函数拟合土壤水分特征曲线，并比较三种函数的拟合效果。
土壤水分特征曲线分析：由上述绘制的三种曲线我们可以清晰地看出由VG 函数绘制出来的曲线与由实测值绘制的曲线基本重合，BC函数绘制的曲线稍次之，幂函数绘制的曲线效果最差。
（3）RETC软件中VG函数和BC函数拟合图RETC中VG函数拟合图RETC中BC函数拟合图（4）实验数据和拟合数据如下：作业二作业：用RETC软件拟合下列三种土壤的水分特征曲线并计算土壤非饱和导水率和扩散率，用EXCEL作图比较水分特征曲线的拟合和实测结果。
1．RETC软件中VG函数对三种土壤的拟合（1）Soil 1 RETC中VG函数和BC函数的拟合图Soil 1dry RETC中VG函数拟合图Soil 1dry RETC中BC函数拟合图Soil 1wet RETC中VG函数拟合图Soil 1wet RETC中BC函数拟合图（2）Soil 2 RETC中VG函和BC函数的拟合图Soil 2dry RETC中VG函数拟合图Soil 2dry RETC中BC函数拟合图Soil 2wet RETC中VG函数拟合图Soil 2wet RETC中BC函数拟合图（3）Soil 3 RETC中VG函数和BC函数的拟合图Soil 3dry RETC中VG函数拟合图Soil 3dry RETC中BC函数拟合图Soil 3wet RETC中VG函数拟合图Soil 3wet RETC中BC函数拟合图2.三种土壤的水分特征曲线在Excel中的实测值和拟合图（1）Soid 1 土壤水分特征曲线的拟合图Soid 1 土壤水分特征曲线VG拟合图Soid 1 土壤水分特征曲线BC拟合图（2）Soid 2 土壤水分特征曲线的拟合图Soid 2 土壤水分特征曲线VG拟合图Soid 2 土壤水分特征曲线VG拟合图（3）Soid 3 土壤水分特征曲线的拟合图Soid 3 土壤水分特征曲线VG拟合图Soid 3 土壤水分特征曲线BX拟合图3.三种土壤水分特征曲线在Excel中的对比图三种土壤的水分曲线VG拟合图对比三种土壤的水分曲线BC拟合图对比由以上的对比可知，在拟合过程中方法不同拟合的结果也不同，VG函数拟合的效果比较好。
土水特征曲线试验及其拟合研究
土水特征曲线试验及其拟合研究
土水特征曲线试验及其拟合研究
陈承佑王焕新
【摘要】摘要本文通过对南宁膨胀土进行压力板试验，测得其含水量—基质吸力的关系（即SWCC）。
由于试验数据一般存在一定的离散性，故需进行拟合；本文借助Origin软件，用二种土水特征曲线模型对其进行拟合，并对拟合结果进行了讨论分析。
【期刊名称】中国科技信息
【年(卷),期】2012(000)011
【总页数】1
【关键词】关键词膨胀土；土水特征曲线；拟合
expansive soil；SWCC；fitting
引言
土水特征曲线(SWCC) 是指非饱和土中吸力和质量含水率ω、体积含水量θ或饱和度S之间的关系。
土水特征曲线在非饱和土力学研究中扮演着重要角色，它可用来解释非饱和土性状的主要本构关系，将理论试验测试与预测方法有机地联系起来[1]。
通过土水特征曲线可获得非饱和土的渗透函数、抗剪强度等有关参数[2][3]。
但由于由试验测试得到的土水特征数据一般较为粗糙，离散点比较多。
如直接应用于数值模拟，往往导致数值不收敛，需要进一步拟合，才能应用于实际。
为此，本文先采用压力板法获得南宁膨胀土脱湿土水特征曲线数据，然后分别利用VG和FX模型对其进行拟合。
1 试验过程及结果
1.1 试验过程。