Evaluation of Infiltration Models and Variability of Soil Infiltration Properties at Multiple Scales

• Published in: Irrigation and drainage Vol. 66; no. 4; pp. 589 - 599
• Main Authors: Nie, Weibo, Ma, Xiaoyi, Fei, Liangjun
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 01.10.2017
• Subjects: clay; clay loam soils; equations; facteur de normalisation; infiltrometers; Kostiakov–Lewis model; modèle Kostiakov‐Lewis; multifractal technique; normalization factor; pedotransfer function; pedotransfer functions; prediction; pédotransfert; sand; sand fraction; sandy loam soils; silt; silt fraction; soil density; soil water; technique multifractale; terraces
• ISSN: 1531-0353; 1531-0361
• DOI: 10.1002/ird.2126

Soil infiltration is characterized by scale dependence, so the accuracy and reliability of indirect methods used to estimate soil infiltration properties from available soil physical data are often below expectations. This study aimed to determine the scale‐dependent relationship between soil infiltration and soil physical properties and to establish pedotransfer functions (PTFs) for estimating normalization factors (FC). Field studies were conducted using double‐ring infiltrometers in the first (sandy loam) and third (clay loam) terraces in Yangling District. Multiple scale variability and relationships were studied by multifractal and joint multifractal techniques. Results indicated that the Kostiakov–Lewis model best described the relationship between cumulative infiltration and time in the study areas, and that the normalization equation for predicting cumulative infiltration was accurate. Joint multifractal analysis showed that the variability of FC in the first terrace was related largely to sand content, soil bulk density, and silt content. FC in the third terrace depended on the contents of sand, silt, initial soil water, and clay at multiple scales. The PTFs that were established based on the results of joint multifractal analysis reliably estimated FC values. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd. Résumé L”infiltration du sol est caractérisée par une dépendance à l”échelle, de sorte que la précision et la fiabilité des méthodes indirectes utilisées pour estimer les propriétés d”infiltration du sol à partir des caractéristiques physiques du sol sont souvent inférieures aux attentes. Cette étude visait à déterminer la relation dépendante de l”échelle entre l”infiltration dans le sol et ses caractéristiques physiques, et à établir des fonctions de pédotransfert (PTF) pour l”estimation des facteurs de normalisation (FC). Des études sur le terrain ont été effectuées à l”aide d”infiltromètres à double anneau dans les première (sableuse) et troisième (argileuse) terrasses du district de Yangling. La variabilité et les relations à échelle multiple ont été étudiées par des techniques multifractales et multifractales articulaires. Les résultats indiquent que le modèle de Kostiakov–Lewis décrit le mieux la relation entre l”infiltration cumulée et le temps dans les zones d”étude et que l”équation de normalisation pour prédire l”infiltration cumulative est exacte. L”analyse multifractale conjointe a montré que la variabilité du FC dans la première terrasse était liée en grande partie à la teneur en sable, à la densité du sol et à la teneur en limon. FC dans la troisième terrasse dépendait du contenu de sable, de limon, d”eau du sol initial et d”argile à plusieurs échelles. Les PTF qui ont été établies sur la base des résultats de l”analyse multifractale conjointe ont évalué de façon fiable les valeurs FC. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.