朱安宁[1]2000年在《封丘土壤水力学特性及其土壤传递函数的研究》文中认为当前，土壤水与溶质（盐分、养分、污染物质）运移、土壤优势流问题的研究已成为土壤水研究的热点，而研究这些问题所必需的大量的土壤水动力学特性参数的田间资料，包括含水量（θ）、饱和导水率（K_s）、非饱和导水率（K（θ））和土壤水分特征曲线等，在实际工作中是很难获取的。 本文以黄淮海封丘地区的潮土和风沙土为研究对象，试图寻求解决土壤水动力学特性参数问题的更加实用可行的方法，为该地区土壤的改良利用服务。主要研究结果如下： 1、利用圆盘渗透仪（disc permeameter）在田间测定土壤饱和导水率。该方法省时、省力、省水，可以测定地下水位以上任意深度土层的饱和导水率，并能排除土壤裂缝、蚯蚓孔及根孔等大孔隙对测定结果所产生的负面影响。 2、借助于最小二乘法和Picard迭代法，确定了四种表征土壤水分特征曲线的经验模型的参数。数值模拟的结果表明，Van Genuchten模型在供试土壤上具有较好的适用性。 3、根据大量的土壤基本物理性质和土壤持水数据，利用多元逐步回归分析方法，分别建立了封丘地区土壤含水量（θ）、饱和导水率（K_s）及Van Genuchten模型的参数θ_r、θ_s、a、n的土壤传递函数模型。研究结果表明，土壤含水量、饱和导水率及Van Genuchten模型参数与土壤的基本物理性质都有一定的线性相关性。在含水量模型中，增加-30kPa含水量项可提高0至-30kPa间土壤含水量的预测精度；增加-1500kPa含水量项可以明显提高-100kPa至-1500kPa间含水量的预测精度。由于试验误差的影响，土壤饱和导水率模型的拟合效果不理想。Van Genuchten模型的参数估计模型对粘性土壤的拟合效果较好，而拟合砂性土壤时误差较大。 4、利用封丘县表层土壤的基本物理性质资料，借助地理信息系统技术，用土壤传递函数模型预测表层土壤的饱和含水量、残余含水量及Van Genuchten模型参数a、n的效果较好，土壤饱和导水率的拟合效果较差。 土壤传递函数方法在国内研究尚少，但是，利用土壤传递函数方法，对区域土壤水和溶质运移、农田水分循环研究中参数的确定具有重要的意义。
刘继红[2]2012年在《基于不同土壤转换函数构建方法的封丘县土壤水力特性研究》文中研究说明土壤水分及溶质运移、地下水位及水质变化研究等已成为土壤水力学研究的热点问题,而区域水平上土壤水分运动参数的空间变化是研究这些问题的前提和基础。由于土壤水分运动参数的室内或田间测定工作量大、周期长且成本较高,大面积实地测定不切实际。本论文以河南省封丘县为研究区域,在土壤基本理化数据及室内测得的土壤水力学参数的基础上,运用多元线性回归法及BP神经网络法建立土壤水力学参数的间接推求方法——土壤转换函数法,该方法方便高效,可行性强,为该区域土壤水盐运移及土壤污染问题等研究提供了一定的基础支持。主要研究成果如下：(1)以室内测定的土壤含水量及与之对应的基质势数据为基础,借助最小二乘法构建非线性方程组,利用Picard迭代法求解方程组,能够确定土壤水分特征曲线经验方程Van Genuchten模型各参数值。(2)运用多元线性回归法建立研究区土壤饱和含水量、田间持水量及凋萎含水量的点估计模型中,饱和含水量预测模型效果比较理想；田间持水量的预测在引进凋萎含水量作为自变量时,大大提供了模型的预测效果；凋萎含水量模型的预测效果相对较差。多元线性回归法对Van Genuchten模型的参数预测结果显示,对封丘县来讲,粘土的预测效果较好,粉壤土次之,砂土的预测效果最差。(3)运用BP神经网络构建封丘县Van Genuchten模型参数的土壤转换函数时,不同的预测变量组合方式对土壤水分特征参数的预测效果各不相同。与多元线性回归法比较得出,BP神经网络在预测特定基质势下的土壤含水量(饱和含水量、田间持水量及凋萎含水量)时,预测效果及精度不如多元线性回归法理想；但BP神经网络对于土壤持水曲线(Van Genuchten模型参数)整体的预测效果要优于多元线性回归法。因此,将BP神经网络模型引入研究区土壤转换函数的构建及求解过程中是可行的。(4)借助GIS技术的空间反演功能,以研究区基础理化数据为资料,利用土壤转换函数预测土壤水力学参数效果较好,使区域大尺度土壤溶质运移研究中土壤水力学参数获取困难这一问题得到了合理、有效的解决,为研究区土壤水力学参数的进一步简化推求及土壤溶质运动模拟等研究提供了一定的基础和依据。
刘彩虹[3]2016年在《吉林西部苏打盐渍土区土壤水氮空间分布特征及行为模拟》文中研究指明吉林西部位于松嫩平原西部,受气候及人为因素影响,生态环境脆弱,土壤盐渍化严重,未利用土地面积占吉林省未利用土地面积的一半以上。为开发利用吉林西部的盐渍化荒废土地资源,吉林省实施了土地整理项目,将盐渍化荒地开发为水田,目前吉林西部新增开发水田已达到15.2万公顷。但是,伴随着水田面积的增加,不合理灌溉与施肥极易引起局部地段的土壤次生盐渍化以及土壤氮素迁移和淋失,不仅降低氮肥利用率,影响水稻的产量,还可对地下水和地表水造成污染。因此在灌区进行合理的水肥措施调控水盐氮、改良盐渍土、提高水肥效用、增加水稻产量成为保障粮食安全,实现农业可持续发展等急需解决的重要问题。本文依托国家自然科学基金项目―苏打盐渍土区区域水田开发的盐份迁移响应研究‖和吉林省自然科学基金项目―苏打盐渍土区水田生态系统水盐氮互馈过程及模拟研究”,以吉林西部大安灌区为研究区,通过资料收集、样品采集和室内试验,结合经典统计、地统计分析方法和DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)模型模拟方法,开展了研究区土壤水氮空间分布特征、水氮行为和水稻生长动态模拟研究,通过研究得到主要结论如下:(1)通过野外布点采样测试与分析,研究了大安地区土壤水分、贮水常数和氮素的空间分布及变异特征,分析了不同土地利用类型对不同深度土壤含水量分布特征的影响。结果表明叉干乡西部、中部月亮泡至新平安一线、东部的联合等区域表层土壤含水量较高;非盐碱土壤含水量随土壤深度增加逐渐递减,盐碱土壤含水量先减小后增加;吸持贮水量、滞留贮水量和饱和贮水量呈四周高中间低的空间分布特征,东西方向上的变化幅度很小;实际贮水量由西向东,由北向南,实际贮水量均呈现逐渐升高的变化趋势;土壤硝态氮含量呈现由东到西逐渐减少的分布规律,土壤氨氮含量呈现东西方向变化不大、南部和北部高中间低的分布规律,土壤全氮由西向东呈指数形式增加,由南向北先增加后减小。(2)结合试验与数据分析,利用RETC软件和EXCEL软件对土壤水分特征曲线和土壤水分扩散率进行拟合,建立了土壤水分特征曲线和土壤基本理化性质之间的土壤转换函数模型及土壤水分扩散率的经验函数模型,并根据土壤转换函数得到了土壤饱和导水率,对土壤水分特征曲线、土壤水分扩散率和饱和导水率的分布特征及空间变异性进行了分析,并研究了盐碱化对土壤水力学参数的影响。结果显示研究区不同土壤类型不同深度土壤水分扩散曲线均可以用指数函数进行描述,土壤含盐量对土壤水分扩散率有较显著的影响,在土壤含水量较低时(<0.3cm3/cm3),土壤含盐量越高,土壤水分扩散率越大。van Genuchten模型适合描述研究区土壤水分特征曲线。盐碱地0-20cm、20-40cm和60-80cm土壤饱和含水量属于中等变异强度,40-60cm和80-100cm属于弱变异强度,非盐碱地剖面各层土壤饱和含水量均属于弱变异强度;非盐碱地40-60cm土壤的α值为弱变异强度,盐碱地和非盐碱地其他土层α值均为中等强度变异;除盐碱地80-100cm土壤的n变异系数为18.81%属于中等强度变异外,其它均为弱变异强度;在盐碱地剖面上,除60-80cm土层外,饱和导水率随土壤深度逐渐增大,在非盐碱地剖面上饱和导水率值均呈先增大后减小趋势,盐碱地土壤饱和导水率的变异性较非盐碱地大。(3)根据调查和实测数据,构建了DSSAT模型并对DSSAT模型进行了校正与检验。结果表明所建DSSAT模型能够准确模拟研究区水稻的生育期和籽粒产量以及土壤水氮动态,模型可用于研究区水田土壤水氮行为及水稻的生长模拟。(4)应用校验的DSSAT模型,模拟了不同灌溉方式和施氮水平下研究区水田土壤剖面不同深度土壤水分的变化规律,分析了土壤盐渍化、灌溉方式、氮肥施用量对土壤水分的影响。结果表明,不同土层土壤水分变化规律基本相同,变化幅度不同,随着土壤深度增加,土壤水分变化幅度逐渐减小。相同生育期内,间歇灌溉方式下土壤水分低于常规灌溉方式。盐碱地土壤水分的变化幅度较非盐碱地土壤水分变化幅度大。施肥量对表层土壤含水量影响最大,对底层几乎无影响。不同施氮水平下,返青期和分蘖期土壤含水量无变化,变化最为明显的是拔节孕穗期和灌浆期。(5)不同灌溉方式下土壤硝态氮行为模拟的结果显示,返青期,表层土壤硝态氮含量逐渐减小,20-100cm各层土壤硝态氮含量先增加后减小。常规灌溉方式下,分蘖期至收获,盐碱地所有土层仅在收获后土壤硝态氮增加。非盐碱地所有土层在晒田期和收获后土壤硝态氮增加。间歇灌溉方式下,盐碱地0-80cm土壤在分蘖期、孕穗期和收获后硝态氮增加,80-100cm土壤硝态氮仅在孕穗期和收获后略有增加;非盐碱地0-80cm土壤硝态氮在分蘖期、晒田期和收获后增加,80-100cm土壤硝态氮在晒田期和收获后略有增加。盐碱地收获后各土层间歇灌溉方式下的土壤硝态氮含量明显高于常规灌溉,非盐碱地晒田期间歇灌溉方式下土壤硝态氮含量高于常规灌溉,收获后常规灌溉方式下土壤硝态氮含量高于间歇灌溉。(6)不同灌溉方式下土壤氨氮行为模拟的结果表明,两种灌溉方式下土壤氨氮的变化规律基本一致,返青期至追施分蘖肥前土壤氨氮含量相同,之后常规灌溉方式下土壤氨氮含量高于间歇灌溉,成熟期至收获阶段差异最为明显。表层土壤氨氮在追施分蘖肥后急剧增加并达到生育期内的最高值,随后逐渐降低,追施穗肥和粒肥后有所升高,升高幅度小于追施分蘖肥后的增加幅度,随后土壤氨氮含量变动不大。20-40和40-60cm土壤氨氮在追施分蘖肥后逐渐增加至最大值,随后逐渐减小,分蘖期后至收获,土壤氨氮含量变动幅度不大。60-80cm和80-100cm土壤氨氮含量随着生育期的增加逐渐增加。非盐碱地土壤氨氮变化规律基本与盐碱地一致,变动幅度较盐碱地大,晒田阶段和成熟期至收获阶段略有不同。晒田阶段,非盐碱地所有深度土壤氨氮含量均有所降低。成熟期至收获阶段,0-20cm、20-40cm和40-60cm土壤氨氮呈现先增加后减小的变化规律,该阶段土壤氨氮含量显著于拔节孕穗期。(7)通过DSSAT模型对150kg/ha、180kg/ha、200kg/ha、220kg/ha和240kg/ha施氮水平下土壤硝态氮和氨氮行为的模拟结果显示不同施氮量对土壤硝态氮的影响主要体现在收获期。在施氮量由150kg/ha增加至200kg/ha时,土壤硝态氮含量随施氮量的增加而增加,施氮量由200kg/ha增加至240kg/ha时,土壤硝态氮含量先减小后增加。施氮水平对土壤氨氮的影响主要体现在追施分蘖肥后和成熟期至收获。施氮量由150kg/ha增加至200kg/ha时,土壤氨氮含量均随施氮量的增加而增加,施氮量由200kg增加至240kg时,土壤氨氮含量先减小后增加。收获后盐碱地土壤氨氮含量略有差异,240kg/ha施氮水平下土壤氨氮含量最高,其次为200kg/ha施氮水平,其他施氮水平下土壤氨氮含量基本相同。(8)运用DSSAT模型对不同灌溉方式和施氮水平下的水稻生产潜力和生长动态进行了模拟,并得到了不同灌溉-施氮组合下的水稻产量。研究得出在施氮水平由150kg/ha增加到200kg/ha时,产量随着施氮量的增加而增加,由200kg/ha增加至240kg/ha时,呈现先减小后增加的―V‖字型,且200kg/ha与240kg/ha施氮水平下的产量接近,说明施氮水平超过200kg/ha时水稻增产效果不明显。在非盐碱地中,施氮水平低于200kg/ha时,常规灌溉方式下的产量高于间歇灌溉,施氮量越小产量差距越大,200-240kg/ha施氮水平时,间歇灌溉方式下产量更高;盐碱地中,所有施氮水平下常规灌溉方式下的产量均明显高于间歇灌溉,施氮量越高,产量差距越大。相对于非盐碱地,盐碱地在高水肥下的增产效果更加显著。叶面积指数变化规律与产量变化规律一致,非盐碱地最大叶面积指数在4.1-6.11之间,盐碱地的最大叶面积指数在2.79-4.35之间。水稻产量较高且对环境影响较小的水肥管理模式为:200kg/ha施氮水平-间歇灌溉的组合方式适于非盐碱地水稻种植管理,200kg/ha施氮水平-常规灌溉适于盐碱地水稻种植管理。研究结果为苏打盐渍化灌区节水控肥、提高水氮利用效率、防止土壤次生盐渍化、预防地下水和地表水污染、提高水稻产量提供了一定的科学理论基础。
吕玉娟[4]2013年在《坡耕地紫色土水力特性及其水分与产流动态研究》文中进行了进一步梳理坡地是我国重要的土地资源，是构成我国农业土地资源的主要部分。我国是个多山国家，以坡耕地为主要利用方式的耕地面积约占全国耕地面积的2/5，而粮食产量占全国粮食总产量的1/5-1/3。山地生态系统往往较为敏感，坡地水土流失、土壤退化、地质灾害等成为制约山区农业发展的主要因素。紫色土坡地是长江上游最重要的耕地资源，集中分布在四川盆地（分布面积达16万km2）。紫色土坡地土层浅薄，多石质，基岩埋深较浅，仅40-100cm，土壤孔隙度高，土壤饱和导水率高，水力特性的空间变异性大，是水土流失易发的一类土壤。另一方面，紫色土以幼年性和富盐基性为突出特征，其土壤降雨产流和水分变化过程有其特殊性，对紫色土坡地土壤水分的时空分布特征及动态研究，分析坡地产流动态变化规律，可为揭示丘陵山区的流域水文循环特征、农业化学物质的迁移、归宿与污染负荷提供基本的水分运移机理认识。本文依托中科院盐亭紫色土农业生态试验站，首先对试验区所在的盐亭万安小流域进行土壤采样调查与水力特性分析，建立了该地区紫色土的土壤传递函数。选择典型的紫色土坡耕地为研究对象，建立可同步观测坡耕地土壤水分-水势和地表流、壤中流和地下径流的自动监测系统。通过连续自动观测和野外调查，针对典型降雨事件，分析紫色土坡耕地土壤水分变化和产流的变化基本规律，并对影响因素进行了初步分析。论文的主要研究结果和结论如下：（1）利用西南丘陵区嘉陵江水系万安小流域的土壤基本性质，应用多元线性逐步回归法，建立了该区域紫色土土壤水力特性预测的点估计模型和参数估计模型。对建立的三种不同变量的点估计模型的验证分析表明，增加土壤田间持水量和萎焉系数为变量的模型，不同基质势下土壤含水量预测相关系数较高，该模型的预测效果最好。而饱和导水率的点估计模型预测效果不理想，相关系数R仅为0.514。建立的参数估计模型拟合结果表明，不同基质势下土壤含水量的拟合值普遍低于实测值，各参数的估计模型相关系数R较低，在0.5～0.87之间，拟合效果较差。（2）野外张力入渗试验结果表明，坡耕地表层土受人为耕作影响较大，土壤孔隙度较大，特别是坡耕地大孔隙（对应于近饱和条件下的导水孔隙）较丰富。张力入渗法测得的饱和导水率更为可靠，实验精度高于环刀土样的室内降水头法测定结果。紫色土水分特征曲线vG参数估算表明，紫色土有效含水量较低，土壤持水性能较差。野外实测土壤水分特征曲线形状为对数曲线状。（3）通过分析降雨过程坡耕地土壤水分变化的基本数据，揭示了坡耕地土壤水分对降雨的响应特征。对10月份土壤水分变化趋势的分析表明，土壤含水量受降雨影响较大，但是变幅不大，含水量绝对值表现为坡上<坡中<坡下。不同深度土壤水分变化对降雨的响应变化也不同，表现为随深度递增，含水量变化越不明显。除降雨外，土壤水力特性在不同坡位、不同深度的差异也是影响土壤水分运动的因素。（4）对2012年9月、10月典型降雨事件坡耕地地下径流量变化的分析表明，地下径流对降雨的响应具有明显的延迟效应，响应时间约为8小时。不同雨强的降雨事件中产生的地下径流系数（即占降雨量的比例）也不同，对于大降雨事件，径流量约占降雨量的53.6%，而对于小降雨事件，径流量仅占1.6%。除与降雨量有关外，土壤初始含水量也是影响其重要因素之一。（5）针对典型降雨事件，坡耕地水量平衡计算表明，径流在形成过程中，土壤含水量变化明显大于实测的土壤含水量变化，可能原因有：①并未考虑泥岩层的持水性能与含水量变化；②泥岩下方的砂岩尽管基质透水性差，但也有裂隙存在。因而，以地下径流估算渗漏水量可能导致结果偏低。
郭华[5]2016年在《土壤入渗模型参数的分阶段非线性预报模型研究》文中认为我国是世界上干旱缺水最严重的国家之一,农业灌溉水量占到总用水量的60%以上,而农田灌溉水有效利用系数仅为0.5,远低于世界先进水平。农业灌溉水利用率低,主要是受到土地自然属性、种植结构、管理情况等多种因素的共同影响,但最根本的原因是不能按照合理的灌水技术参数进行灌溉,而土壤入渗参数决定着灌溉水转换为土壤水的速度和分布,进而影响着灌水质量和灌溉效果。所以,土壤入渗参数是各种灌水技术条件下确定合理灌水技术参数的依据,土壤入渗参数的研究是提高灌溉水利用率、改进地面灌水技术的关键。考虑到采取田间试验法获取土壤入渗参数存在费时、费力、繁杂等问题,本文采用土壤传递函数法,基于研究团队二十多年在山西八个地市、二十多个县区的室内试验和大田土壤入渗试验获得的大样本。利用1Stopt软件和MATLAB软件,分别建立了非冻土非盐碱土、冻结土和盐碱土的Kostiakov三参数累积入渗量模型参数与土壤常规理化参数之间的多元非线性传递函数,以及非冻土非盐碱土的Kostiakov二参数累积入渗量模型参数与土壤常规理化参数之间的多元非线性传递函数。经过传递函数自变量的显著性检验、函数整体的显著性检验、以及实测值与预测值之间相对误差的计算,实现了Kostiakov累积入渗量模型参数的分阶段多元非线性预报,并与线性预报和BP预报进行了比较分析。研究结果表明:(1)以多元非线性传递函数的方法对土壤入渗参数进行预报是可行的。对非冻土非盐碱土、冻结土和盐碱土的土壤入渗参数进行非线性预报都是可行的,各模型的自变量和模型整体均显著,各参数预测值与实测值之间的相对误差均在10%以下,在可接受范围。(2)不同阶段的土壤入渗参数非线性预报模型有不同的输入变量或影响因素。对于非冻土非盐碱土,其入渗参数主要影响因素包括土壤含水率、结构、质地和有机质;对于冻结土,其入渗参数的主要影响因素包括土壤含水率、结构、质地、有机质和地温;对于盐碱土,其入渗参数的主要影响因素包括土壤含水率、结构、质地、有机质和含盐量。(3)对比非冻土非盐碱土Kostiakov二、三参数累积入渗量模型参数的预报结果,发现二者的预报精度均满足预报要求,但二参数入渗模型的精度高于三参数入渗模型。因此,Kostiakov二参数累积入渗量模型适合于短历时的土壤入渗参数预测,Kostiakov三参数累积入渗量模型适合于长历时的土壤入渗参数预测。(4)经过多元非线性预报模型与线性预报模型、BP模型的对比分析,发现多元非线性模型的形式、算法较BP模型简单,预测精度较线性模型高、更接近实际。因此,拟推荐多元非线性模型为预测土壤入渗参数的预报模型。本文的主要创新点:(1)以1Stopt软件和MATLAB软件的结合,探索了实现多元非线性拟合的过程,构思和实现了多元非线性拟合的新方法。(2)实现了以不同土壤常规理化参数为输入变量,分别对冻结土和盐碱土Kostiakov三参数累积入渗量模型参数的多元非线性预报,误差达到了可接受程度。(3)首次考虑疏松土壤在灌水过程中的结构变形,并分别应用于不同参数的预测中,使入渗参数的预测结果更接近实际入渗过程。本文针对土壤入渗参数获取困难这一世界性难题,采用土壤传递函数法,以不同土壤理化参数作为输入参数,分别建立了非冻土非盐碱土、冻结土、盐碱土入渗参数的多元非线性预报模型,实现了对土壤水分入渗参数的分阶段预测,为不同阶段入渗参数的获取提供了新途径。但由于问题的复杂性、变量的多元性和理化参数的层次性,入渗参数的预报有待进一步深入研究,以使得入渗参数预报模型的适用性更广泛,对于改进地面灌溉技术、提高灌溉水利用率、缓解水资源供需矛盾等具有重要的实际意义。
毕经伟[6]2004年在《区域农田水分氮素管理模型研究》文中研究说明目前，计算机模拟模型已广泛用于农业化学物质(氮、磷)对水体、大气的面源污染研究中。本论文应用HYDRUS-1D模型和基于GIS的水分氮素管理模型(Water and Nitrogen Management Model，WNMM)研究黄淮海平原典型农业县-封丘县传统农田管理模式下水、氮动态及对地下水的污染，以确定适合该地区的最佳农田管理模式。 本论文主要的研究结果如下： 1、在定位试验基础上，应用HYDRUS-1D模型对黄淮海平原典型土壤(黄潮土)中土壤水渗漏及硝态氮淋失动态进行了模拟分析。结果表明：该地区在传统水氮管理制度下，土壤水渗漏和硝态氮淋失非常严重；过量灌溉、过度施肥是导致水肥淋失的主要原因。风沙土上的渗漏量、硝态氮淋失量均高于黄潮土，这是由两种土壤不同的水力性质决定的。 2、对封丘县的25个观测点取样分析，测定了其浅层地下水埋深以及硝酸盐含量，应用地统计学的方法对所取的数据进行了分析。结果表明：地下水埋深服从正态分布，硝酸盐含量服从对数正态分布。并且按一定的精度和置信水平确定了这两项的合理取样数目。通过半方差函数分析，发现这两者在一定范围内存在空间相关性。采用Kriging方法对未测点进行了估值，绘制了空间分布图，这对于合理利用浅层地下水资源及地下水的硝酸盐污染有着直接的现实意义。 3、基于2002．10-2003．9封丘县气象数据，应用WNMM模型分别模拟6个管理模式在土壤作物中的行为。结果表明：基于59个土种的模式4被鉴定为最佳区域农田水分氮素管理模型研究管理模式，与传统模式1相比，其增加作物产量、提高灌溉水利用率、提高N肥利用率分别为11%、25%、143%，减少氛挥发、反硝化、NZO排放、氮淋失分别为80%、64%、62%和18%，基于土壤质地的模式6排第二，模式5排第三。关键词模拟模型;溶质运移;N循环;水氮管理
廖凯华[7]2009年在《大沽河流域土壤水资源评价及农业节水灌溉模式研究》文中研究说明青岛市是我国北方及沿海严重缺水城市之一,水资源供需矛盾十分突出。另一方面农业用水浪费现象严重,灌溉水利用效率不高,节水的潜力很大。本研究以大沽河流域为重点,通过大量的野外采样分析和田间试验,构建了预测土壤水力学参数的土壤转换函数模型(PTF_s);基于GIS和Hydrus-1D计算流域尺度土壤水资源评价的4个指标;通过建立不同降水水平年不同灌溉模式条件下冬小麦、夏玉米连作农田土壤水分运动的数学模型,分析农田水分转化及作物需水规律,提出了相应水文年的节水灌溉方案。首先借助传统统计学和地统计学方法分析大沽河流域土壤理化性质的统计特征和空间变异性,然后根据大量的土壤理化性质和土壤持水数据,利用点估计、线性回归、非线性回归、人工神经网络等4种方法构建了预测土壤水力学参数的土壤转换函数模型(PTF_s)。研究结果表明,点估计方法对砂质壤土和壤土、人工神经网络方法对粘壤土的预测效果分别最好。提出流域尺度土壤水资源评价的4个指标:土壤水实际储存量、最大储存量、无效库容和土壤水资源量。通过对土壤水分的野外长期定位观测,基于GIS计算大沽河流域土壤水实际储存量为11.35亿立方米,最大储存量14.30亿立方米,无效库容7.45亿立方米,利用Hydrus-1D模型评价2008～2009年度流域土壤水资源量为24.33亿立方米。最后,对不同降水水平年不同灌溉模式条件下的冬小麦、夏玉米连作农田土壤水分运动进行了数值模拟。与常规灌溉模式相比,节水灌溉模式显著降低了农田渗漏量,保证作物正常需水的同时提高了灌水利用率。模拟的节水灌溉模式在丰水年可节水240mm,平水年140mm,枯水年90mm,这对于缓解青岛市水资源紧张状况有着积极的现实意义。
贾宏伟[8]2004年在《石羊河流域土壤水分运动参数空间分布的试验研究》文中提出流域水平上非饱和土壤水分运动参数的空间变异特征是解决土壤水分运动模型在大尺度上应用的前提,也是深入研究生态水文过程和土壤水分运动理论应用于解决实际问题的需要。本研究以甘肃省河西走廊石羊河流域为例,在大量试验和分析的基础上,对流域尺度上非饱和土壤水分运动参数的空间分布作了初步研究,取得了以下研究成果： 1．对土壤水分运动参数的空间尺度进行了划分,提出了土壤水分运动参数空间变异的研究思路,指出空间变异的研究需要解决三个关键问题,即大尺度土壤水分运动参数测定难的问题;参数模型的系数单一化问题;参数的空间变异特征和空间变异结构问题。 2．在试验基础上,建立了石羊河流域土壤水分运动参数(土壤水分入渗曲线、土壤水分特征曲线、土壤水分扩散率、非饱和土壤水分导水率)的单一参数模型。各模型均具有较高的拟合精度;模型参数只有一个，而且随土壤质地变化而变化,可以作为描述土壤水分运动参数空间变异的变异系数，适合大尺度土壤水分运动参数空间变异性的研究。对土壤水分入渗的单一参数模型(简易 Philip 入渗模型),只有一个参数α ，可以只测定入渗曲线上的一个点,通过该模型求得整个入渗过程曲线,具有比较高的精度。 3．针对土壤水分运动参数的单一参数模型,建立了相应的土壤转换函数,具有较高精度,能够满足大尺度的土壤水分运动参数的估算,解决了大尺度土壤水分运动参数测试难的问题,也对进一步研究土壤特性对土壤水分运动参数模型的影响有着重要的意义。 4．将土壤转换函数和单一参数模型结合起来,不但可以估算土壤水分运动参数,而且还可以直接估算各参数空间变异的变异系数。这是进一步研究大尺度区域非饱和土壤水分运动参数空间变异行之有效的方法。 5. 在对土壤颗粒组成的分形维数、土壤稳定入渗率及土壤饱和导水率分析的基础上,建立了相应的土壤转换函数,具有比较高的拟合精度,可满足预测的需要。 6．在单一参数模型和土壤转换函数的基础上,借助地理信息系统,建立了土壤水分运动参数的空间分布图和土壤理化参数的空间分布图,并对空间分布特征进行了分析。
冯锦萍[9]2016年在《区域尺度上土壤入渗模型特征参数传输函数的研究》文中指出土壤水分运动的入渗参数决定着地面径流、灌溉水和降水转换为土壤水的速度和分布,进而也影响着灌水质量和灌溉效果(灌水均匀度、储水效果和灌水效率),它是合理确定不同灌水条件下技术参数的主要依据。因此,土壤水分入渗参数的研究便成为改进地面灌水效果、提高灌溉水利用率等技术中迫切需要解决的关键问题。文章以区域尺度上规模化耕作土壤大田入渗试验为依据,利用土壤传输函数理论,在系统地研究土壤入渗模型参数与容易获得的土壤常规理化性状参数间的定量关系基础上,建立了土壤入渗参数与土壤常规理化性状参数间的多元线性、非线性、BP神经网络模型传输函数,实现了通过土壤基本理化参数预测土壤入渗参数的目的。其研究成果可以为实施优化地面灌溉灌水技术参数提供强有力的技术支持,同时,在一定程度上丰富了土壤传输函数理论的发展。文章的主要研究结果表明:(1)土壤水分入渗参数受多种因素的复杂影响,包括土壤结构、质地、含水量、有机质含量、含盐量等。土壤结构、质地、含水量、有机质含量等常规理化参数与土壤入渗参数间存在线性或非线性的定量关系,其中土壤有机质含量与入渗能力成正比,土壤干容重(结构)、初始含水量、黏粒含量(质地)、含盐量等与入渗能力成反比。(2)基于土壤常规理化参数,采用传输函数预测土壤入渗参数是可行的。从预测结果来看,Kostiakov两参数入渗模型、Kostiakov-Lewis三参数入渗模型和Philip入渗模型的显著性检验都是显著的。引入每个自变量的显著性检验和回归方程的显著性检验F值均大于相应的F0.95,说明传输函数的回归系数是显著的,回归方程也是显著的。随着引入变量个数的增加,模型的复相关系数逐渐向1靠近,相关性越来越好,最终各个函数的多元线性回归模型计算值与实测值之间的全相关系数R为0.9~0.95,R2均大于0.81,表明由实验数据所得的多元线性传输函数相关性较好,用土壤常规理化特征参数预测土壤入渗能力及其入渗参数是完全可行的。(3)Kostiakov两参数、Kostiakov-Lewis三参数和Philip两参数入渗模型的参数预报模型中合理的输入变量为:土壤砂粒含量、黏粒含量、不均匀系数、曲率系数、体积含水量、重量含水量、干容重、有机质含量等。(4)Kostiakov模型入渗参数的线性、非线性、BP预测模型相对误差均较低,计算精度较高,相关性较好,拟合度高,均能实现对土壤入渗参数的预测。(5)Kostiakov-Lewis模型入渗参数的线性、非线性、BP预测模型的相对误差都在合理范围之内,相对误差低,显著性强,相关性良好,拟合度高,也能够实现对土壤入渗参数的预测。(6)Philip模型入渗参数的线性、非线性、BP预测模型的相对误差虽在合理范围内,具有一定的可行性,但相对误差值偏大,精度较低。(7)在Kostiakov、Kostiakov-Lewis和Philip模型参数的预测模型中,Kostiakov-Lewis模型参数的预测效果最好,能够很好的反映土壤水分入渗的过程,特别是对于长历时水分入渗,较其它模型具有更高和更稳定的预测精度;BP预测模型的精度要高于多元非线性预测模型,但模型的稳定性不如多元非线性模型。
王欢[10]2016年在《多因素影响下包气带水分运动参数变化特征试验研究》文中认为包气带在水文循环过程中占有重要的地位,成为地下水的主要补给与排泄通道。由于自然条件、沉积环境等因素的影响,造成包气带介质特性与结构、水分运动参数具有强变异性,其中水分特征参数尤为重要。水分运动参数的变异性导致包气带水分运动模型在较大尺度上的运用受到极大的限制。如何科学、合理地确定较大尺度上包气带水分运动参数成为研究包气带水分运动的难点之一。本文依托国家自然科学基金面上项目:小流域尺度上包气带水分运动参数与探地雷达信号的耦合过程研究(41372260),利用室内试验与软件拟合的手段开展多因素影响下包气带水分运动参数变化特征的试验研究,分析包气带水分运动参数在不同颗粒级配、不同容重、不同装样尺寸三个因素影响下的变化规律,并试图通过构建土壤传递函数来预测更大尺度上的包气带水分运动参数,为推动包气带水分运动参数在较大尺度上的应用提供科学依据。本文在大量试验和理论探索的基础上,取得了以下主要结论:1、水分特征曲线介质水分特征曲线形态变化一致,即负压随含水量增加而减小,反之也成立,但随介质、容重、装样尺寸不同发生相应的变化。随着负压增大,颗粒组成、容重、装样尺寸对介质水分特征曲线形态的影响逐渐增强。介质细颗粒含量越大,其蓄水性能越强,颗粒组成对其水分特征曲线形态影响越显著。容重对介质蓄水性能的影响较复杂。颗粒组成与容重相比,前者对介质水分特征曲线形态影响更显著。装样直径不是影响100%砂介质水分特征曲线的敏感因素。装样内深越大,装样直径对100%砂介质水分特征曲线影响越显著。2、水分运动参数介质颗粒大小相差越大,其对残余含水量Cr和饱和含水量Cs的影响越强烈,对毛细上升高度的倒数a的影响越微弱。介质细颗粒含量越大,其残余含水量Cr、饱和含水量Cs的值越大,介质容重对其饱和含水量Cs影响越强烈,对残余含水量Cr和a的影响越微弱。当介质细颗粒含量多于粗颗粒含量时,a与容重呈线性正相关。介质饱和含水量Cs与容重呈线性正相关。当介质砂含量较大时,残余含水量Cr与容重呈线性正相关。装样内深越大,装样直径对100%砂介质残余含水量Cr和a的影响越强烈,对饱和含水量Cs的影响越微弱。装样直径越大,100%砂介质残余含水量Cr和a越大;装样直径对100%砂介质饱和含水量Cs影响不显著。经验拟合参数n为不敏感参数。3、土壤传递函数基于神经网络的Rosetta土壤传递函数模型软件不具有普遍适用性。
参考文献：
[1]. 封丘土壤水力学特性及其土壤传递函数的研究[D]. 朱安宁. 南京农业大学. 2000
[2]. 基于不同土壤转换函数构建方法的封丘县土壤水力特性研究[D]. 刘继红. 郑州大学. 2012
[3]. 吉林西部苏打盐渍土区土壤水氮空间分布特征及行为模拟[D]. 刘彩虹. 吉林大学. 2016
[4]. 坡耕地紫色土水力特性及其水分与产流动态研究[D]. 吕玉娟. 西北农林科技大学. 2013
[5]. 土壤入渗模型参数的分阶段非线性预报模型研究[D]. 郭华. 太原理工大学. 2016
[6]. 区域农田水分氮素管理模型研究[D]. 毕经伟. 南京农业大学. 2004
[7]. 大沽河流域土壤水资源评价及农业节水灌溉模式研究[D]. 廖凯华. 青岛大学. 2009
[8]. 石羊河流域土壤水分运动参数空间分布的试验研究[D]. 贾宏伟. 西北农林科技大学. 2004
[9]. 区域尺度上土壤入渗模型特征参数传输函数的研究[D]. 冯锦萍. 太原理工大学. 2016
[10]. 多因素影响下包气带水分运动参数变化特征试验研究[D]. 王欢. 华北水利水电大学. 2016
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