[發(fā)明專利]一種描述干團(tuán)聚體粒徑分布的模型

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010790137.7
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111898083A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭中領(lǐng);常春平;李繼峰;黃亞鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 河北師范大學(xué)
• 主分類號: G06F17/15
• 分類號: G06F17/15
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 張莉靜

本發(fā)明提供了一種描述干團(tuán)聚體粒徑分布的模型，所述模型結(jié)合冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)來表達(dá)干團(tuán)聚體的粒徑分布，模型的方程式為：，其中，d為篩孔粒徑，P(d)為干團(tuán)聚體累積物小于篩孔粒徑的可能性，λ、γ為擬合參數(shù)，d_r為干團(tuán)聚體累積頻率等于最大干團(tuán)聚體累積頻率的0.63時的直徑，其中，取1?e^?1≈0.63。總體上，利用不同土壤質(zhì)地、不同土地利用方式和不同篩分方式的土壤干團(tuán)聚體粒徑分布數(shù)據(jù)對新模型和已有模型進(jìn)行對比分析可知，新模型模擬精度最高，為提高風(fēng)蝕模型計算的精確度提供了指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤流失防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種描述干團(tuán)聚體粒徑分布的模型。

背景技術(shù)

風(fēng)蝕是導(dǎo)致干旱和半干旱地區(qū)肥沃表層土壤顆粒物質(zhì)流失的主要自然驅(qū)動力。土壤風(fēng)蝕會降低土地生產(chǎn)力，導(dǎo)致土壤退化。土壤表層粗造影響因子和干團(tuán)聚體粒徑分布是影響風(fēng)蝕的關(guān)鍵因素。干團(tuán)聚體粒徑是影響風(fēng)蝕模型的重要輸入?yún)?shù)，為了提高風(fēng)蝕模型計算的精確度，需要定量描述土壤干團(tuán)聚體粒徑的分布。平篩(或套篩)是獲取干團(tuán)聚體粒徑分布的傳統(tǒng)方法，為了減小手動篩分造成的誤差，多使用振篩機(jī)和一套平篩獲取干團(tuán)聚體粒徑分布。為了減小振篩機(jī)對干團(tuán)聚體的破壞，Chepil設(shè)計了旋篩來獲取干團(tuán)聚體粒徑的分布。干團(tuán)聚體粒徑分布的旋篩方法被廣泛應(yīng)用于WEQ、RWEQ、WEPS等風(fēng)蝕模型中。

幾十年來，科學(xué)家一直在探索干團(tuán)聚體粒徑分布參數(shù)化的方法。使用數(shù)學(xué)函數(shù)擬合來確定干團(tuán)聚體粒徑分布被認(rèn)為是一種有效的方法。Marshall和Quirk建立了WD模型(Weibull distribution)來確定干團(tuán)聚體粒徑分布，并通過實驗驗證了WD模型描述的干團(tuán)聚體破碎的過程，所述方程為：

其中d為篩孔，P(d)為干團(tuán)聚體小于篩孔d的累積頻率，α為尺度因子，β為形狀因子。

Perfect等人介紹了Mandelbrot提出的FD模型(Fractal distribution)來表達(dá)干團(tuán)聚體粒徑的分布。實驗結(jié)果表明，干團(tuán)聚體的質(zhì)量大小和數(shù)量大小分布均可用FD模型表示，所述方程為：

其中d_max為最大篩孔尺寸，D為分形維數(shù)。

Wagner and Ding(1993)進(jìn)一步改進(jìn)Lognormal distribution(LD)模型，改進(jìn)后的模型MLN描述干團(tuán)聚體粒徑分布方程為：

其中d₀擬合參數(shù),μ是幾何平均粒徑(geometric median diameter，GMD),δ是干團(tuán)聚體粒徑分布的標(biāo)準(zhǔn)差(log of the geometric standard deviation，logGSD)。

Perfect等人1993年在不同實驗地收集了干團(tuán)聚體粒徑分布數(shù)據(jù)，在比較FD模型(Fractal distribution)和WD模型(Weibull distribution)后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)D模型(Fractaldistribution)表現(xiàn)出了更高的精度。Zobeck等人2003年利用在美國六個州的24個地點采集的5400多個表層土壤樣品驗證了FD模型和WD模型，結(jié)果表明WD模型表現(xiàn)更好。同時發(fā)現(xiàn)不同尺寸的篩孔對模型的擬合結(jié)果有很大影響，在實踐中，不同的實驗?zāi)康摹⑹褂貌煌牟僮鞒绦驅(qū)Ω蓤F(tuán)聚體進(jìn)行篩分，干團(tuán)聚體的粒徑分布會呈現(xiàn)不同的曲線模式。此外，當(dāng)前對數(shù)正態(tài)模型(Lognormal distribution,LD)、分形模型(Fractal distribution，F(xiàn)D)和威布爾模型(Weibull distribution，WD)存在不能很好地表達(dá)右側(cè)單峰值和多峰值的干團(tuán)聚體粒徑分布情況的問題，針對此情況，本發(fā)明提出了一種結(jié)合冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的新模型來表達(dá)干團(tuán)聚體粒徑分布，并且利用幾個國家不同出版物的數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。

發(fā)明內(nèi)容