用修正的Green-Ampt模型确定土壤入渗性能的速算方法.pdf

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1、第26卷2010焦第12期12月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．12Dec．201053用修正的Green．Ampt模型确定土壤入渗性能的速算方法毛丽丽1，雷廷武1，2※(1．中国农业大学水利与士木T程学院，北京100083；2．中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌712100)摘要：土壤入渗性能的确定对水文过程及其相关研究与应用具有重要的意义。该文在土壤入渗性能的水平土柱测量方法和Green．Ampt修正模型的基础上，推导出了Green．Ampt模型与修正模型之间的比例关系，进而提出

2、了土壤入渗性能的速算模型。该计算模型在保证土壤入渗性能计算精度的前提下，计算过程较修正Green．Ampt模型有了很大的简化。将3种方法计算得到的土壤入渗率进行了比较，快速方法计算得到的上壤入渗性能与Green-Ampt修正模型计算得到的土壤入渗性能非常接近。在水量平衡原理的基础上得到3种方法计算结果误差分别为11．5％(Green．Ampt模型)，0．66％(修正模型)和2．68％(快速计算模型)。表明快速计算方法具有很高的精度。新方法大大简化了修IIj模型的计算步骤。该文提出的土壤入渗性能速算法与水平土柱试验相结合，可以方便地应用于室内土壤入渗性能的测量，为水文

3、循环／地表产流等相关研究提供便捷的土壤入渗性能计算工具。关键词：含水率，模型，入渗，水平土柱，Green-Ampt入渗模型，修正模型，快速方法doi：10．3969巧．issn．1002—6819．2010．12．009中图分类号：S152．7+2文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)-12—0053-05毛丽丽，雷廷武．用修正的Grean．Amp[模型确定土壤入渗性能的速算方法[J】．农业工程学报，2010，26(12)：53—57．MaoLili，LeiTingwu．Fastmethodforsoilinfiltrabilityestimatio

4、nwithmodifiedGreen-Anlptmodel[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(12)：53—57．(inChinese诵mEnglishabstract)0引言土壤入渗作为水文循环过程中的重要环节，决定了降雨转化为地下水和地表径流的数量【1。。因此对土壤入渗过程的定量描述具有很重要的意义。土壤入渗性能是指土壤在给定(如土壤质地和结构等)条件下所具有的最大可能入渗率【2】。土壤入渗性能在初期很高，随着入渗过程的推进，逐渐降低并最终趋于土壤的稳定入渗率【3】。当供水量低于土壤的入渗性能时，入渗过程由供水速率控制，入渗率等于

5、实际供水速率，低于土壤入渗性能。只有当供水充分时，入渗过程由土壤的入渗性能控制，土壤入渗率等于土壤入渗性制41。目前有很多关于土壤入渗率的测量方法，普遍使用的主要有双环澍51、人工模拟降雨法【61、圆盘入渗仪法【7J、地表入流产流出流法【81和线源入流测量法【91等。人工模拟降雨法测量土壤入渗过程受限于供水量，不能测量得到初期很高的入渗性能。双环法由于地表的快速湿润导致的土壤结构破坏降低了土壤入渗性能【10-111。圆盘入渗仪法在入渗过程中存在侧渗，影响了测量的精度。地表入流收稿日期：2010_01．2l修订日期：20lO．11．17基金项目：国家自然科学基金重点项

6、目(40635027)作者简介：毛丽丽(1983一)，女，博士，中国农业工程学会会员(E040000306A)，主要从事农业水土工程方面的研究。北京朝阳区大屯路甲ll号地理科学馆，100101。Email：leoam@126．corn※通信作者：雷廷武(1958一)，男，湖北洪湖人，教授，博士生导师，中国农业工程学会常务理事，主要从事农业水土工程研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院151信箱，100083。Email：ddragon@pubfic3．bta．net．c11产流出流测量方法利用人工降雨器，通过地表水流推进过程与土壤入渗性能随时间变化的关系，可以测量

7、得到精度很高的土壤入渗性能曲线。线源入流测量方法在保证土壤原状性的基础上，测量得到土壤的本征入渗性能。而且设备简单，需水少，非常适合野外试验研究。目前比较常用的入渗模型有Kostiakov入渗公式【121、Horton入渗公式【13-141、Green-Ampt入渗模型【15】以及Philip入渗模型16l。其中Kostiakov入渗公式和Horton入渗公式是从大量试验数据的基础上总结提出的经验公式，公式中包含的参数本身没有具体的物理意义。Philip入渗模型是特定条件下Richard方程的级数形式的近似解析解。该模型中包含的参数具有一定的物理意义，较经验公式