The invention belongs to the technical field of agriculture, in particular, relates to a simulation method, the soil water characteristic curve based on multi fractal includes: acquiring soil digital image; processing the digital image data of soil, distribution of soil pore, and calculate the multifractal parameters of soil pore distribution; according to the relationship between soil water pressure head characteristic curve and soil pore radius determine soil pore diameter and soil suction equation; singular exponent function to establish the pressure head and the soil pore radius fractal parameters, and the integral transform of the function, obtain the model of soil water characteristic curve. Based on the multifractal method, the influence of soil structure on the simulation of water characteristic curve is fully considered.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业
，具体说，涉及一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟方法。
技术介绍
土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系，是进行土壤水分和溶质运移模拟的重要物理参数，土壤水分特征曲线的模拟精度直接影响了土壤水分和溶质运移模拟预测的精度，因此它是表示土壤基本水力特性最重要的指标之一。土壤水分特征曲线是一个高度非线性的函数，受到多种环境和土壤本身因素的制约，在空间上和时间上都具有强烈的变异性，准确测定非常困难。目前确定土壤水分特征曲线的方法主要有直接测定法和间接模拟法两种，直接方法确定土壤水分特征曲线的过程费时耗力，且测定结果具有较大不确定性；间接方法由于较少的考虑土壤结构对水分特征曲线模拟的影响，导致土壤水分模拟的精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于多重分形理论，提供一种间接确定土壤水分特征曲线的方法，以提高土壤水分特征曲线的模拟精度。本专利技术的实施例提供了一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟方法，包括：步骤1，获取土壤数字图像；步骤2，对该土壤数字图像进行处理，获取土壤孔隙分布特征数据，并计算土壤孔隙分布的多重分形参数；步骤3，根据土壤孔隙直径与土壤毛管吸力Young-Laplace方程确定土壤水分特征曲线中压力水头与土壤孔隙半径之间的关系；步骤4，建立压力...
【技术保护点】
一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟方法，其特征在于，包括：步骤1，获取土壤数字图像；步骤2，对所述土壤数字图像进行处理，获取土壤孔隙分布特征数据，并计算土壤孔隙分布的多重分形参数；步骤3，根据土壤孔隙直径与土壤毛管吸力Young‑Laplace方程确定土壤水分特征曲线中压力水头与土壤孔隙半径之间的关系；步骤4，建立压力水头与土壤孔隙半径多重分形参数的奇异性指数函数，并对所述函数进行积分变换，获得土壤水分特征曲线模型。
【技术特征摘要】
1.一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟方法，其特征在于，包
括：
步骤1，获取土壤数字图像；
步骤2，对所述土壤数字图像进行处理，获取土壤孔隙分布特征数据，
并计算土壤孔隙分布的多重分形参数；
步骤3，根据土壤孔隙直径与土壤毛管吸力Young-Laplace方程确定土
壤水分特征曲线中压力水头与土壤孔隙半径之间的关系；
步骤4，建立压力水头与土壤孔隙半径多重分形参数的奇异性指数函数，
并对所述函数进行积分变换，获得土壤水分特征曲线模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟
方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
假设土壤的孔隙分布分数Pi包含在孔隙当中，并用孔隙半径ri进行估计：
Pi=c1riai---(1)]]>式中c1为经验常数，αi为奇异性指数；
孔隙半径ri、奇异性指数为αi的孔隙数目Ni之间满足下式：
Ni=c2ri-f(αi)---(2)]]>式中c2为经验常数，f(αi)为具有奇异性指数αi的孔隙分形维数，设定多
孔介质的所有孔隙中经验常数c1和c2相等，Pi的值只随αi值变化，则包含在
所有孔隙当中的部分孔隙可以表示为：
P=NiPi=c1c2riαi-f(αi)---(3)]]>对(3)式积分有：
P(ri)=c1c2∫αminαmaxriα-f(α)dα---(4)]]>式中αmax和αmin分别为奇异性指数α的最大值和最小值；
确定α和f(α)之间的关系，用下面的公式来描述他们之间的关系：
f(α)=1-2ln2(α-α0αmax-αmin)---(5)]]>式中α0＝(αmax+αmin)/2；
据土壤毛管吸力Young-Laplace方程获取土壤孔隙半径与压力水头之
间的关系，所述土壤毛管吸力Young-Laplace方程为：
h(r)=2σcosωr---(6)]]>式中：h为压力水头；r为土壤孔隙半径；σ为表面张力；ω为接触
角，在25℃时，水的表面张力σ取0.075N/m，接触角ω取0°，则：
h=0.15r---(7)]]>式中h是压力水头。
3.根据权利要求2所述的一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟
方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
将式(5)、(7)代入式(4):得：
P(hi)=c1c2...
【专利技术属性】
技术研发人员：管孝艳，阮本清，田庆奇，吕烨，王兴勇，王成丽，郭姝姝，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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