【摘 要】
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土壤水动力学参数是土壤水分、溶质运移模拟研究中的重要参数,构建用于预测土壤水动力学参数的土壤传递函数是土壤水动力学研究中的重要内容之一。天津市位于华北平原与环渤海经济区核心区域,高强度的人为活动与生产生活使得区域水资源紧缺问题日趋严重,土壤作为水资源的重要储存场所因而具有重要的开发利用价值。但目前针对该地区土壤水力性质的实测数据及相关研究较少,缺乏对土壤水力性质的系统性研究。为此,本文首先基于涵盖
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土壤水动力学参数是土壤水分、溶质运移模拟研究中的重要参数,构建用于预测土壤水动力学参数的土壤传递函数是土壤水动力学研究中的重要内容之一。天津市位于华北平原与环渤海经济区核心区域,高强度的人为活动与生产生活使得区域水资源紧缺问题日趋严重,土壤作为水资源的重要储存场所因而具有重要的开发利用价值。但目前针对该地区土壤水力性质的实测数据及相关研究较少,缺乏对土壤水力性质的系统性研究。为此,本文首先基于涵盖了世界各地土壤样品的UNSODA 2.0数据库,遴选出适合各类土壤质地的土壤水分特征曲线模型（Brooks-Corey 模型、van Genuchten 模型、Kosugi 模型、Biexponential 模型）与拟合优化算法（遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法、差分演化算法）组合;其次,在此基础上,本研究在天津地区共采集80个原状土壤样品,测量了土壤基本属性数据、土壤水分特征曲线以及饱和土壤导水率等数据,系统地研究了天津地区土壤水分特征曲线和饱和导水率的主要影响因素,并与UNSODA 2.0数据库的研究结果进行了对比分析;最终建立了以天津地区原状土的土壤基本理化性质数据为预测因子,以van Genuchten 土壤水分特征曲线模型参数和土壤饱和导水率为输出变量的土壤传递函数。主要研究内容及结论如下:（1）基于UNSODA2.0数据库中土壤水分特征曲线实测数据点,筛选出适合拟合各类土壤质地土壤水分特征曲线的模型与拟合算法。结果表明:van Geunchten模型对土壤质地为较细和较粗质地的实测数据点拟合效果较好;Biexponential模型在土壤质地介于较细和较粗质地间的中等质地的土壤类型的拟合效果较好;而Brooks-Corey模型的拟合效果整体较差。粒子群算法与差分演化算法对土壤水分特征曲线的拟合效果最佳;模拟退火算法在运算效率方面高于其他算法,当需处理的数据量较大时,使用该算法可显著缩短运算时间。（2）基于UNSODA2.0数据库和天津地区土壤数据库数据,采用增强回归树方法对van Genuchten模型参数和土壤饱和导水率的主要影响因素进行比较,结果表明残余含水量受土壤盐分含量与黏粒含量的影响明显;饱和含水量受土壤有机质含量与容重的影响明显;参数α（土壤进气压力的倒数）受土壤粉粒含量与容重的影响明显;参数n（反映土壤孔隙分布的参数）受土壤质地的影响最为明显;土壤饱和导水率受土壤容重和有机质含量的影响明显。相比于UNSODA 2.0数据库的分析结果,天津地区可能受地区人为活动影响与特殊的临海位置导致该地区土壤水力性质整体受土壤容重与盐分含量影响较大。（3）基于天津地区土壤数据库数据,采用多元逐步回归和BP人工神经网络方法建立了 van Genuchten模型参数和土壤饱和导水率的土壤传递函数模型。结果表明,两种方法所建立的土壤传递函数均能较为精确地预测天津地区土壤水力参数。经验证表明,采用BP人工神经网络方法建立的土壤传递函数对土壤水分特征曲线与土壤饱和导水率的预测精度略优于多元逐步回归方法,两种方法均可用于建立天津地区土壤水分特征曲线参数与土壤饱和导水率的土壤传递函数。
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