一种测量土壤入渗湿润锋面及其与地表微地形关系的方法
【技术领域】
[0001] 本发明目的是要解决土壤入渗过程中对湿润锋面的测量问题，并提供一种描述土 壤入渗湿润锋面与地表微地形关系的方法，以实现土壤入渗性能的简单、精确表达。
【背景技术】
[0002] 土壤入渗是指水分在土壤中运动的过程，是自然界水循环中的重要一环。在非饱 和土壤中，土壤入渗过程可以认为水分在重力作用的影响下的一种运动过程。通常情况下， 土壤入渗用入渗率表示，即单位时间内土壤的入渗水量。
[0003] 湿润峰面是指水分在土壤中下渗过程中被浸湿土层与干土层之间形成的界面。在 降雨入渗过程中，湿润峰面随入渗深度的变化是土壤入渗特征最直观的反映。因此，在一些 入渗模型中，将湿润锋面深度作为影响土壤入渗量一个重要因子。但是，由于土壤颗粒、耕 作等自然与人类活动的影响，土壤表面往往呈现高低起伏的空间变化特征，导致土壤表面 水分分布及水分下渗过程的空间差异，故精确测量入渗湿润锋面位置是描述土壤入渗性能 的前提条件。
[0004] 目前常用的土壤入渗湿润锋面测量方法由染色法和时域反射仪（TDR)测量法。染 色法是通过在水分中添加染色剂（常用亮蓝FCF和罗丹明）的方法来示踪锋面深度，并建 立土壤剖面灰度值与水量关系的计算模型估算入渗量。但是，该方法对于入渗过程的表达 不足，且后期数据处理较麻烦。TDR法具有快速测量、使用方便的优势，但是单个探头所控 制面积有限，若增加探头数量，所需要的成本较大。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术中的缺陷，提供一种测量土壤入渗湿润锋面及其与地表微地形 关系的方法。
[0006] 本发明通过下述方案实现：
[0007] -种测量土壤入渗湿润锋面及其与地表微地形关系的方法，包括以下步骤：
[0008] 第一步、土壤剖面制备，将土壤分层填装在土壤槽中，每次填装5cm，并用木板将土 壤表面刮平、砸实，达到研究区土壤实际容重；
[0009] 第二步、初始入渗锋面设置，填装完成后，将土槽置于试验坡度，将靠近有机玻璃 一侧土壤表面轮廓线用铅笔绘制在有机玻璃上，作为初始入渗锋面，计为FO ;
[0010] 第三步、人工模拟降雨试验，降雨开始后，每隔一定时间在有机玻璃上标记一次湿 润锋面，作为某一时刻入渗的锋面深度，依次计为Fl，F2,……，Fn，直到降雨结束；降雨结 束后，将入渗锋面Fl，F2，……，Fn转绘到硫酸纸，并作记录；
[0011] 第四步、用矢量扫描仪将硫酸纸上的锋面扫描形成图像文件；
[0012] 第五步、用ArcGIS软件对步骤中获得图像文件进行空间坐标转换，使其与土槽具 有同样的空间坐标，并进行矢量化，即可获得η条曲线，每条曲线代表一个锋面位置，
[0013] 第六步、对土壤入渗湿润锋面与地表轮廓线的关系分析。
[0014] 在所述第一步中，在填装过程中为防止各层间形成隔水层，每装完一层都将其表 面刮糙后再装下一层。
[0015] 在所述第四步中，所述图像文件为Tif格式。
[0016] 在所述第六步中，采用形状匹配法来计算地表微地形与入渗锋面过程之间的关 系。
[0017] 所述形状匹配法来计算地表微地形与入渗锋面过程之间的关系包括以下步骤，
[0018] 一、假设地表微地形用集合P = {Pl，P2，…，pn}且？1￡ R2来表示，湿润锋面曲线 用集合6=化1，82，*"，8 11}且&￡1?2来表示，则地表微地形上一点口；与湿润锋曲线上一 点gj相似性计算公式为：
[0019]
(1)
[0020] 式中，Ch，（Ij)为地表微地形上一点P1与湿润锋曲线上一点Cl j的相似性，C(p p gj的值在〇~1的范围内变化，其值越小，相似度越大；hi(k)和gj(k)表示对两条曲线上 PjPd,进行X 2统计后的直方图；
[0021] 二、进而计算出两条曲线的相似性指标SPg:
[0022]
⑵
[0023] 则Spg为地表微地形和湿润锋面曲线的相似性度量，该值越小表示两条曲线的相 似性越高，反之，则表示越低。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 1.本发明解决土壤入渗过程中对湿润锋面的测量问题，并提供一种描述土壤入渗 湿润锋面与地表微地形关系的方法，实现了土壤入渗性能的简单、精确表达；
[0026] 2.本发明提出一种测量土壤入渗锋面的方法，并在此基础上，提出了土壤入渗过 程与地表微地形关系指标。该方法将有助于提高人们对土壤入渗过程中非均匀特征的认识 和研究水平。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明实施的技术路线图；
[0028] 图2为土壤入渗率（Rl)与本发明方法计算的入渗率（R2)关系图。
【具体实施方式】
[0029] 下面对本发明优选的实施例进一步说明：
[0030] 本发明的技术路线图如图1所示，一种测量土壤入渗湿润锋面及其与地表微地形 关系的方法，包括以下步骤：
[0031] 第一步、土壤剖面制备，将土壤分层填装在土壤槽中，每次填装5cm，并用木板将土 壤表面刮平、砸实，达到研究区土壤实际容重；
[0032] 第二步、初始入渗锋面设置，填装完成后，将土槽置于试验坡度，将靠近有机玻璃 一侧土壤表面轮廓线用铅笔绘制在有机玻璃上，作为初始入渗锋面，计为FO ;
[0033] 第三步、人工模拟降雨试验，降雨开始后，每隔一定时间在有机玻璃上标记一次湿 润锋面，作为某一时刻入渗的锋面深度，依次计为Fl，F2,……，Fn，直到降雨结束；降雨结 束后，将入渗锋面Fl，F2，……，Fn转绘到硫酸纸，并作记录；
[0034] 第四步、用矢量扫描仪将硫酸纸上的锋面扫描形成图像文件；
[0035] 第五步、用ArcGIS软件对步骤中获得图像文件进行空间坐标转换，使其与土槽具 有同样的空间坐标，并进行矢量化，即可获得η条曲线，每条曲线代表一个锋面位置，
[0036] 第六步、对土壤入渗湿润锋面与地表轮廓线的关系分析。
[0037] 本发明解决土壤入渗过程中对湿润锋面的测量问题，并提供一种描述土壤入渗湿 润锋面与地表微地形关系的方法，实现了土壤入渗性能的简单、精确表达