国立中兴大学水土保持学系专题讨论（四）授课老师陈文

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1、土壤水力性質轉換函數之研究國立中興大學水土保持學系專題討論(四)授課老師：陳文福教授指導老師：林俐玲教授報告學生：林明毅學號：7098042009報告日期：2011/05/27研究目的文獻回顧研究流程研究方法研究結果研究目的隨著各地氣候環境與不同性質的土壤條件下，土壤水分特性曲線會呈現不同特性，一般利用實驗方式求得水分特性曲線，但其過程繁瑣費時。本研究利用近年提出之土壤轉換函數(pedotransferfunction)，運用簡單之土壤物理性質推求水力函數，省去繁雜的實驗步驟與時間的花費。文獻回顧土壤水份特性關係v

2、anGenuchtenModelPTFs模式之發展迴歸分析統整土壤水分特性關係Corey(1986)提出之毛細理論，在土壤排水過程中，壓力略低於大氣壓力時，仍不致水份流出，直至吸力超過某一界限值大孔隙才開始排水，且土壤之間孔隙較大，毛細壓力較小。土壤水分特性關係基質勢能與土壤濕度之關係，依獲得之方法不同分成排水及吸水曲線兩種。為避免複雜計算忽略遲滯現象，一般實驗多採用排水過程取得之水份特性曲線。vanGenuchtenModelSe：相對飽和度θ：土壤水分含量θr：土壤殘餘體積含水比θs：土壤飽和體積含水比h：基質

3、勢能頭n、α：曲線代定函數m土壤轉換函數由於土壤中張力與孔隙幾何效應複雜，不易以簡單之公式完全表示，已被提出的土壤水分特性曲線模式多是半經驗半物理模式(physico-empiricalmodel)，因此便有學者嘗試從土壤性質，使得土壤參數具有物理上的意義，更能正確且有效的推估土壤水分特性。土壤轉換函數Bouma(1989)提出土壤轉換函數(pedotransferfunction,PTFs)，以擁有的資料轉換為計算所需的資料，使用可靠且具根據性的土壤性質作為預測曲線之工具。Minasny(1999)指出延伸非線性

4、迴歸在參數估計與預測水分含量較類神經網路優良。土壤轉換函數Cornelis等(2001)依需求的條件及方式不同分為以下三種：使用複線性迴歸分析或類神經網路估計特定壓力頭之土壤水分含量。同樣使用複線性迴歸或類神經網路預測方程式之參數。研究具有物理概念模式之水分保持現象或碎形數學及尺度相似性之使用。土壤轉換函數近年PTFs的發展專注於不同地質區域或不同土壤類型之土壤水力性質，使其有較好的推估效果。國內也開始拓展PTFs，洪靖惠(2008)預測相異質地之水份特性曲線；林佳燕(2008)以AryaandParisModel

5、為主體來推估土壤水分特性。迴歸分析統整觀察各文獻採用之基本物理參數，發現大多數研究均會選用總體密度、顆粒粒徑、有機質等與土壤水力性質相關且可經由簡單實驗即可取得之基本性質。其餘尚有某些特殊性質，如：topsoil、砂粒顆粒大小中間值(M50)、pH值與採樣點高程、鋁鐵離子含量等。迴歸分析統整選定所需之變數後，因無法使用原始數據直接推導出高準確率之迴歸式，必須將變數作數值轉換，常見的轉換為取自然對數、倒數、平方、相互相乘、相加等方法。各研究根據當地土壤性質與資料作為變數取捨，故推估之迴歸式均為獨一無二的。迴歸分析統整

6、作者名稱年代應變數因變數Teepeetal.2003θs,lnα,ln(n-1),PWPD,C,S,lnSa,lnSa2,S2,Sa/D,S/D,S0.5,Sa0.5,C0.5Kalmanetal.2004θs,lnα,lnnD,OM,C,S,FC,lnC,lnS,Sa2,C2,D2,D*Sa,Sa/S,D2*C2,D*S,D2*C,D2*S2Matulaetal.2007θs,lnα,ln(n-1)D,OM,C,S,lnD,lnOM,lnS,Sa2,S2,OM2,D2,C2,C-1,S-1,OM-1,D-1,OM

7、*C,D*C,D*OM,topsoil,topsoil*C,topsoil*SMajouetal.2007θs,α,nD,OM,C,S,lnD,lnOM,lnS,Sa2,S2,OM2,D2,C2,C-1,S-1,OM-1,D-1,OM*C,D*C,D*OM,D*SSantraetal.2008lnKs,lnα,nD,OM,C,S,pH,elevation研究流程研究方法室內試驗：基本物理性質水分特性曲線實驗vanGenuchten模式計算參數α、nPTFs參數彙整選定參數迴歸分析得形狀參數α、n與土壤基本性質迴歸式

8、研究方法基本物理性質土壤水分係數(MF)因烘乾後土壤理化性質將改變，故先將重量水分含量測出，作為往後數據轉換之依據。MF=1+(AD+OD)/OD土壤總體密度(BulkDensity,ρb)使用金屬管法，由烘乾土重和金屬管體積及可求出乾總體密度。研究方法土壤顆粒密度(ParticleDensity,ρp)採用比重瓶量測。粒徑分布(ParticleSizeDi