耕作后土壤水分入渗参数BP预报模型

根据黄土高原区耕作后土壤水分入渗资料所建立的基于Kostiakov三参数经验模型公式的BP神经网络预报模型,对土壤水分入渗参数进行预测。预测结果表明:利用土壤基本理化参数耕作层(0~20 cm)土壤含水率及其密度、砂粒含量、粉粒含量、有机质含量预报入渗模型参数具有可行性。入渗模型参数入渗指数α、入渗系数k的平均相对误差约为1%;稳渗率f_0的平均相对误差约为8%,在可接受范围内;90 min累计入渗量I_(90)的平均相对误差小于3%。模型整体预测精度较高,实现了利用土壤基本理化参数预报土壤水分入渗参数,可为黄土高原区耕作后土壤的灌水技术参数的确定提供理论与技术支撑。     

盐碱荒地土壤入渗参数的多元非线性预报模型

为给盐碱荒地改良提供技术支撑,以原生盐碱荒地土壤为研究对象,进行了大田原位系列入渗试验,获取了累计入渗量与入渗历时对应关系的试验资料,依据Kostiakov入渗模型,构建了入渗模型参数与同步土壤理化参数的样本集。利用土壤传输函数法,建立了以土壤基本理化参数为输入变量的Kostiakov二参数入渗模型参数k和α的多元非线性预报模型。结果表明:以土壤含水率、干容重、黏粒含量、粉粒含量、有机质含量、含盐量为输入变量对入渗系数k进行多元非线性预报和以土壤含水率、干容重、黏粒含量、有机质含量、含盐量为输入变量对入渗指数α进行多元非线性预报是可行的,两参数预报模型的相对误差平均值分别为5.5%和8.3%。     

基于支持向量机的冻融土壤入渗参数预测

以提高冻融条件下农田土壤灌溉水利用率为目的,基于汾河灌区冻融期内土壤入渗试验,运用支持向量机理论,建立了以冻融条件下土壤含水率、质地、容重、地温和灌溉水温为输入变量,Kostiakov入渗模型参数k、α为输出变量的支持向量机回归预测模型。预测模型误差分析表明:入渗系数k与入渗指数α的训练样本相对误差与检验样本相对误差都控制在10%以内,将k与α代入Kostiakov入渗模型得到的90 min累计入渗量I_(90)的相对误差平均值为5.81%。说明冻融土壤条件下,基于支持向量机理论的Kostiakov入渗模型参数的预测是可行的。     

畦灌灌水效果对土壤入渗参数的敏感性研究

为分析不同土壤入渗能力下的畦灌灌水效果差异,以汾东灌区北长寿试验点的灌水试验为依托,建立灌水技术参数优化模型对灌区的灌水条件进行优化。在优化灌水条件下,选用修正后的Kostiakov入渗模型,以土壤水分入渗参数k、a和f0为自变量,通过正交试验的方法,利用Win SRFR软件对灌水效果指标灌水效率Ea、灌水均匀度Du进行模拟,并对模拟结果进行方差和贡献率分析,结果表明:对于指标E_a和D_u,入渗参数影响显著,其贡献率由大到小均为ρ(k)ρ(f_0)ρ(a)。在此基础上,结合灌水效果指标对各入渗参数变异的敏感系数,确定了入渗参数k、a和f0综合变异时灌水效果指标偏离程度的量化形式,为土壤入渗能力空间变异时灌水效果指标精度控制提供依据。     

备耕头水地土壤水分入渗参数非线性预报模型

以山西黄土高原区备耕头水地水分入渗试验为依据,考虑灌水过程中表层土壤结构的变形特性,建立了Kostiakov三参数累计入渗量模型参数与土壤理化参数间的非线性关系模型。研究表明:常规土壤理化参数(土壤含水率、密度、黏粒含量、粉粒含量、沙粒含量和有机质含量)作为备耕头水地土壤入渗参数非线性预报模型的输入变量是合理的,所建立的非线性关系模型可靠,土壤入渗参数预测值相对误差可控制在10%以内;考虑到灌水过程中表层土壤结构由疏松变密实,对表层土壤结构进行修正能更加真实地反映备耕土壤水分的入渗过程,更加精准地对入渗模型的参数作出预报。     

沟灌二维入渗参数的影响因素与计算模型研究

为简化沟灌二维入渗参数的获取,本文以室内入渗试验为基础,分析了土壤容重、初始含水量、入渗水头这三个因素对二维和一维入渗参数参数比值的影响,初步建立了由一维垂直入渗参数推求二维入渗参数的多因子计算模型,并对模型分析简化,增加了模型的稳健性,通过大田试验对所建计算模型进行检验。结果表明文中所建二维入渗参数计算模型所求结果为整个灌水田块的均值,其与整个田块全部灌水沟由水流运动数据推求的入渗参数平均值误差不大,且入渗参数k、a增减相反,对累积入渗量的计算结果影响较小,说明本文所建模型对精度要求不高的沟灌灌水方案设计具有一定的指导意义。     

间接地下滴灌导水装置规格参数模型

本文根据灌水过程中水量平衡原理为间接地下滴灌建立了导水装置规格(直径,高度)参数模型,该模型中综合考虑了滴头流量、灌水定额、土壤水力特性等参数对导水装置规格的影响。通过室内恒定水头钻孔积水入渗试验与Philip模型的应用,研究了不同导水装置规格类型对三维土壤渗吸率S和土壤入渗率A的影响。基于三维土壤入渗率A等于稳定入渗量QS的假定,定量化了导水装置规格模型中的土壤水力特性参数。通过大田间接地下滴灌试验,验证了模型的可行性。结果表明,Philip模型可用于描述三维恒定水头钻孔积水入渗过程,但在土壤类型一定时,三维入渗中的土壤渗吸率S和土壤入渗率A还与导水装置总的透水面积有关。该模型设计的导水装置规格能满足间接地下滴灌灌水过程中水分不外溢的要求。间接地下滴灌灌水过程中变化的渗透面积和恒定水头钻孔积水入渗过程中恒定的渗透面积之间差异的存在,是模型误差产生的主要来源。     

水泥掺入砂质土壤入渗性能影响的试验研究

为揭示水泥对砂质土壤入渗影响规律,基于室内一维垂直入渗试验,研究不同水泥掺量、不同土壤容重(1.6 g/cm~3、1.8 g/cm~3)条件下渗透系数、累积入渗量随时间变化关系。采用Kostiakov模型对渗透系数、累积入渗量分别进行拟合,建立渗透系数、累积入渗量与入渗时间的关系。结果表明:随着水泥掺量的增多,砂质土壤的渗透系数逐渐减少,渗透系数与入渗时间呈明显幂函数关系;水泥掺量的增加使累积入渗量增长变缓,且累积入渗量与入渗时间呈显著幂函数关系。当水泥掺加量相同时,随着土壤容重的增加,渗透系数逐渐降低。     

由波涌畦灌灌水资料推求土壤入渗参数和减渗率系数

本文根据水量平衡原理，提出了利用大田畦灌灌水资料推求土壤入渗参数的方法，在此基础上，又提出了利用波涌灌水流推进和消退资料确定间歇入渗减渗率系数的方法。实例计算表明，这些方法能简单而有效地求得田间土壤平均入渗参数和减渗率系数。该研究成果为波涌畦灌技术要素设计和灌水质量评价奠定了基础。     

冻融条件下田间入渗特性分析

非饱和土壤的水分入渗特性一直为农田水利学、土壤物理学、水资源评价与管理及其水文地质学等学者重视，冻土的入渗特性在水资源评价与管理和农田水利工程中尤其有着特殊的重要性，它是各种冬春灌溉灌水方法中确定灌水技术的参数的主要依据。本文以大量大田非冻土、冻土系列入渗试验为依据，揭示冻土入渗率、入渗量随时间的变化过程及其规律。     

供水压力对地下点源水分入渗过程的影响研究

根据大田地埋地下滴灌毛管单孔入渗试验资料,分析了供水压力对水分入渗过程以及入渗模型参数的影响.研究结果表明,供水压力对地下点源入渗过程具有明显的影响,累积入渗量随供水压力的增大而增加,压力势是影响土壤中水分运动的主导势,其相对稳定入渗率与供水压力所产生的压力势梯度直接相关;供水压力与考斯加可夫人渗模型人渗系数有一定的相关关系,而与入渗指数相关性差.研究成果对土壤水分运动理论的研究和地下滴灌灌水技术参数的确定具有一定的参考价值.     

基于SGA和SRFR的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型(Ⅰ)——模型建立

利用基于地表非稳定流运动方程的地面灌溉模型对畦灌性能进行分析评价是改进传统地面灌溉方式、提高畦灌性能的重要举措，而准确地确定畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数是改善畦灌性能模拟精度的重要前提。本文基于基本遗传算法SGA和地面灌溉一维模型SRFR建立的畦灌土壤入渗参数与田面糙率系数优化反演模型，可在给定的参数值域范围内开展多参数全局性寻优，利用计算机动态解析技术对SRFR模型执行程序进行解析处理，建立SGA与SRFR模型间的内部运行衔接方式，实现畦灌土壤入渗参数与田间面糙率系数优化反演过程的自动化运作，进而有效提高了参数寻优估值的工作效率。     

入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布的影响

为了研究入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布特性的影响,通过室内注射灌入渗模拟试验,测定了不同入渗水头下注射灌的累积入渗量、湿润锋运移距离和土壤剖面的含水率。研究表明:注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,入渗水头越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。土壤湿润锋近似为圆心在出水口偏下的半圆形,湿润锋随时间延长运移速度变缓。在出水口下方土壤湿润范围比出水口上方大,土壤含水率也较大。入渗水头越大,相同入渗时间的土壤湿润范围越大,相同位置的土壤含水率越高。本研究结果丰富了注射灌理论,为入渗水头的选择提供参考。     

单点膜孔入渗特性的试验研究

膜孔入渗是指在覆膜灌溉中，水通过膜孔渗入土壤的过程。作者对陕北榆林壤土进行了5种膜孔直径的单点膜孔入渗室内试验，观测并分析了累计入渗量、湿润深度及表面湿润半径随入渗历时的变化规律。结果表明：①单点膜孔的累积入渗量变化过程符合Kostiakov模型；②相对入渗参数(单点膜孔入渗参数与垂直一维入渗参数之比值)与膜孔直径具有显著的相关关系；③单点膜孔的湿润深度小于垂直一维入渗的湿润深度，并且相对湿润深度(单点膜孔的湿润深度与垂直一维入渗的湿润深度之比值)与膜孔直径具有显著的相关关系；④单点膜孔入渗的表面湿润半径与入渗历时符合幂函数关系，并与膜孔直径存在着显著的相关关系；⑤在相同入渗历时的情况下，与垂直一维入渗相比，膜孔入渗的湿润土体平均含水率较小。     

覆膜方式对沟灌水分入渗影响

通过室内沟灌不同覆膜方式水分入渗试验,分析了相同水平湿润距离下覆膜方式对水分运移分布影响,结果表明：(1)相同入渗时间下不同覆膜方式的累积入渗量大小顺序为不覆膜、沟坡覆膜、沟底覆膜、沟底覆膜+1/2上部沟坡覆膜;(2)入渗初期,相同水平湿润距离下,垂直湿润锋运移距离大小顺序与累积入渗量大小顺序相同;(3)入渗结束时,不同覆膜方式的土壤含水量等值线近似半圆形,不覆膜和沟坡覆膜的土壤含水量等值线分布明显比其他覆膜方式密集,土壤含水量则明显变小。总之,本研究可以为确定合理沟灌方式提供理论依据。     

紫色土典型三角形均质剖面入渗模拟研究

通过室内特制的土壤水分入渗试验装置,分别设置正、倒直角三角形单一质地土壤剖面,探讨紫色土的不规则剖面均质土壤入渗特性。参考Green-Ampt模式思路,建立了紫色土典型三角形均质剖面入渗模型。试验结果显示:粗质地的湿润锋随时间推进速度快于细质地;同一质地,正直角三角形剖面铅直面湿润锋随时间推进速度快于倒直角三角形剖面,但入渗速率小于倒直角三角形剖面;入渗前期,正三角形剖面的斜面湿润锋随时间推进速度快于倒直角三角形剖面,随入渗继续,反而逐渐慢于倒直角三角形剖面。各剖面入渗的湿润锋、入渗速率与时间均呈极显著幂函数关系。建立的紫色土典型三角形均质剖面入渗模型经实测值验证,模拟值与实测值具有非常好的一致性,且可与经验模型相互转换,模型参数也具有一定的物理意义。     

地膜小麦膜缝灌水技术试验研究

由膜缝入渗试验得出了入渗速度与入渗系数、入渗指数之间的关系。分析了膜缝灌水优势及不同单宽流量、不同封水成数的技术指标 ,从而确定出灌水均匀度及灌溉水的利用率较高、灌水后入渗水量分布均匀的灌水技术参数 ,为地膜小麦膜缝灌水技术进一步在灌区推广提供技术指导     

土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布 特性影响试验研究

通过室内不同土壤初始含水量的注射灌水分入渗试验,研究了土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布特性影响。研究表明：注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,土壤初始含水量越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。在出水口下方土壤水分湿润范围较大,土壤含水量也较大,而在出水口上方则相反。土壤初始含水量越大,土壤湿润范围越大,距离出水口相同距离的土壤含水量越大。以上研究可为进一步补充注射灌理论技术提供基础。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。