土壤水分模拟与墒情预报模型研究进展

土壤墒情预报是在土壤水分模拟模型的基础上对农田耕作层土壤水分的增长和消退程度所进行的预报。墒情预报是灌溉预报的基础,对于水资源短缺条件下农田水分的合理调控具有重要意义。墒情预报模型可以分为确定性模型与随机性模型两大类,其中确定性模型包括水量平衡模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输模型、SPAC水热耦合传输模型等,随机性模型包括数理统计模型(包括回归模型、时间序列模型、人工神经网络模型等)、随机水量平衡模型与随机土壤水动力学模型等。本对各类墒情预报模型进行比较,并对其发展趋势进行了展望。     

用于田间作物-水分关系研究的ThuSPAC模型

:田间作物水分关系是土壤植物大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum,简称SPAC)理论的重要研究内容.本研究介绍的ThuSPAC(Tsinghua University SPAC)模型,包含土壤水热运移(Soil)模型、冠层(Canopy)模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)模型、冬小麦生长模拟(Wheat)模型、冬小麦生长与SPAC水热运移耦合的WheatSPAC模型5个独立的模型.利用ThuSPAC模型,可以根据土壤条件、冬小麦品种参数、气象条件及灌溉条件等,动态模拟土壤、冠层中水分温度的分布规律、冬小麦生长过程及最终产量.模型的开发语言为Visual Basic,界面友好,在相关领域的研究中具有广泛的应用前景.     

用于田间作物-水分关系研究的ThuSPAC模型

田间作物水分关系是土壤植物大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum，简称SPAC)理论的重要研究内容。本研究介绍的ThuSPAC(Tsinghua University SPAC)模型，包含土壤水热运移(Soil)模型、冠层(Canopy)模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)模型、冬小麦生长模拟(Wheat)模型、冬小麦生长与SPAC水热运移耦合的WheatSPAC模型5个独立的模型。利用ThuS-PAC模型，可以根据土壤条件、冬小麦品种参数、气象条件及灌溉条件等，动态模拟土壤、冠层中水分温度的分布规律、冬小麦生长过程及最终产量。模型的开发语言为Visual Basic，界面友好，在相关领域的研究中具有广泛的应用前景。     

基于XR234Q电子鼻和嵌入式ARM7的农田精准灌溉系统设计

为解决农田灌溉过程中不能根据土壤墒情进行水量控制,水量浪费严重的难题;设计并实现了基于XR234Q电子鼻和ARM7的农田精准灌溉系统;采用墒情探头电子鼻模块采集土壤墒情信息,提取并且隔离干扰信息,建立墒情等级判断模型,利用最小二乘法对用水量进行拟合,控制灌溉出水量,配合ZIGBEE网络实现信息远程传递,在满足水量需求的情况下最大程度地节约了灌溉用水;实验表明,所提出的系统具备墒情自主判断和用水量计算能力,能够快速、准确的完成农田灌溉任务,相比于传统系统,文章系统土壤熵情检测误差率在5％以内,节水能力提高35％,应用前景广阔.     

基于GIS的土壤墒情监测系统

为了高效、直观地查看土壤的墒情以对土壤进行合理的灌溉,研究分析了目前农业信息化的发展历程,设计开发了土壤墒情监测系统;该系统基于Browser/Server(B/S)模式,用基于ARM9的水分采集器作为数据采集模块,基于XAMPP(Apache+MySQL+PHP+PERL)软件集成包设计开发了监测中心模块,GSM网络作为数据传输方式;采集到的水分数据通过GSM网络传输到监测中心mysql数据库中,监测中心对数据进行处理,将处理后的数据直观的显示在Geographic Information System(GIS)上,监测人员根据GIS地图各个市、区县显示的颜色判断干旱程度,并发布预警信息;实验数据表明,该系统能够稳定采集土壤水分数据并传输到数据库中再显示在web页面,相比Client/Server(C/S)模式简化了系统的开发、维护和使用,降低了成本,解决了传统的实地查看土壤墒情的费时费力。     

土壤水盐运移的简化数学模型在水盐动态预报上的应用研究

对土壤水盐运移的确定性数学模型 ,采用数值模拟的简化法 ,实现对方程的求解。并引入水分运动原理、质量守恒原理 ,根据地下水、土壤水盐运动的特点 ,建立土壤剖面含水量分布的概化模型和土壤盐储量的预报模型。以期从土壤水盐运动的机制出发 ,提出一种应用简化数值模拟方法来预报土壤水盐动态的途径。同时为适应大面积田间土壤盐分预报的特点 ,希望不通过方程的求解来达到应用简化数学模型实现水盐动态预报的目的。所建简化数学模型可为田间大面积土壤水盐动态预测预报提供参考     

基于短消息的农田墒情监测系统研究

农田数据采集是是获取农田小区生长环境数据空间分布差异性的基础.农田数据采集具有采集周期长、速率低、数据量小、通信距离长、采集点分散、环境差等特点.本文进行了GSM短消息技术应用于土壤墒情监测的可行性研究,开发了以太阳能供电的基于TC35i和ATmega32低功耗微控制器的测量平台,并配合EC-5型土壤水分传感器组建了一套农田墒情监测系统.运行结果表明在农田墒情信息获取系统中采用SMS通信技术具有低成本、易实现的优点,具有很好的应用前景.     

南方地区非充分灌溉稻田水稻根系吸水模型研究

作物根系吸水是土壤-植物-大气连续体水分传输问题研究中的一个重要部分，同时又是根区土壤水分动态模拟必不可少的资料。本试验对非充分灌溉稻田水稻根系分布特征进行研究，对水稻分蘖期根系吸水进行动态模拟，得到非充分灌溉水稻的根系吸水模型，并用实测资料对模型进行验证。结果表明，模型基本反映了水稻分蘖期吸水规律。     

基于无线传感器网络的土壤墒情监测系统

目前农田监测智能化水平低,管理实时性差,远距离信息传输能力弱、可扩展性不强,且市场上普遍的土壤墒情机一般基于有线连接方式,对于农田监测有一定的局限性,价格昂贵,不适合一般农田的智能化管理。设计了一种土壤监测无线传感网络节点及其远程传输装置,该系统通过PICl8F4520单片机将ARN-100土壤水分传感器、ARN—Tw土壤温度传感器及H311-AS002-T土壤酸碱度传感器采集到的土壤参数处理后,通过ZigBee近距离无线通讯网络以及3G远程无线网络,将数据实时传输给监测终端。测试结果验证了该系统的合理性与实用性,符合现代农业发展方向。     

南方地区非充分灌溉稻田水稻根系吸水模型研究

作物根系吸水是土壤-植物-大气连续体水分传输问题研究中的一个重要部分,同时又是根区土壤水分动态模拟必不可少的资料.本试验对非充分灌溉稻田水稻根系分布特征进行研究,对水稻分蘖期根系吸水进行动态模拟,得到非充分灌溉水稻的根系吸水模型,并用实测资料对模型进行验证.结果表明,模型基本反映了水稻分蘖期吸水规律.     

基于S3C2410的土壤墒情监测系统设计

设计了以ARM处理器为核心的土壤墒情采集监测系统,采用AQUA-TEL-TDR土壤水分传感器对土壤含水量进行采集,选取S3C2410处理器作为硬件平台基础,配以K9F1208U0C型NandFlash、触摸式液晶屏、GPRS模块、CS8900A网卡芯片等组成硬件系统。开发了基于Qtopia图形用户界面的用户应用程序,实现了土壤墒情信息的采集、存储、无线传输和自动灌溉。     

基于GIS的土壤水分运动模型

我国北方灌溉农田区土壤水分空间差异较大,一维水分模型无法计算土壤水分的空间分布,本研究在V isualBasic环境下结合ArcOb jects控件技术,利用ArcG IS的空间分析能力,开发出一个基于G IS的三维区域土壤水运动模型。该模型以R ichards方程和Van Genuchten公式为基础,通过简单的数据输入及参数设定便能快速的计算出土壤含水量、土壤导水率和土壤水势,对土壤水分空间运动进行模拟,并分别利用参考文献数据及实测数据对模型进行验证,证明计算结果可靠。     

长江流域土壤水量平衡与植被旱度研究

以流域为研究单元,采用水量平衡与估算法相结合的参考蒸散修正模型,定量分析了长江流域九个区域的不同水平年的土壤水分动态、植被耗水量、水分亏缺量及植被旱度.结果表明:长江中下游流域植被旱度较大,特别是偏枯年.不同区域四季干旱规律、干旱程度不同,各有特点.长江流域的水量平衡中水分蒸散是主要的输出形式.因蒸散力较大,所以植被旱度较大,植被恢复要充分考虑其水分条件,选择合适条件的物种.     

“衡邵干旱走廊”土壤墒情自动监测系统研究

旱灾是湖南省各类自然灾害中最主要的自然灾害之一,基于湖南省抗旱体系不完善,旱情信息来源少、监测技术手段落后等问题,确定以湖南省常年旱情较为严重的"衡邵干旱走廊"为典型研究区域,对土壤墒情自动监测系统进行研究。在研究过程中,采用现代数据采集技术,成功解决土壤墒情信息的自动采集、传输、存储和处理等关键技术问题。在土壤水分传感器性能综合比选、墒情站设计和实施方面积累宝贵经验,为今后抗旱减灾工作提供技术指导。     

组合ARMA与SVR模型的时间序列预测

经典的ARMA模型常用于平稳时间序列的预测,而对于自然界绝大部分的非平稳序列一般采用确定性时序分析和随机时序分析.确定性时序分析对随机性信息浪费严重,而随机时序分析经过差分平稳序列后又回归到ARMA模型.本文利用在充分ARMA模型拟合后的残差序列进行支持向量回归(SVR)拟合,进而对原序列进行组合预测,比起单一模型的拟合及预测,该组合有效地提高了预测精度.     

内陆河流域生态用水的一般特征

干旱区生态用水的水质与水量具有较大的变幅范围,用水的方式比较灵活,水分的供给状况影响生物的生产力.生态用水受制于SPAC中水分循环与转化的效率,并与植被特征、土壤理化性状、地形特点、水资源利用水平具有密切的相关性.生态用水量的估算有许多参数与模型需要率定;干旱区内陆河流域生态用水观念的确立,对于完善生态水文学的学科体系,指导水资源的科学管理和生态实践,促进生态产业可持续发展具有理论价值和现实意义.     

土壤含水量增墒、退墒预测模型的研建与应用

在天然旱地植被系统中,土壤水大小与大气水、地表水和蒸散量等因素关系密切,且存在水量平衡关系。依据水量平衡关系和实测水文资料,以连续无雨日数为影响因子,创建土壤含水量与连续无雨日数相关关系,该关系式即为单站无雨退墒预测模型;以降水为影响因子,创建土壤含水量增量与降水量相关关系,该关系式即为有雨增墒预测模型,实现短期内土壤含水量动态变化预测。预测模型已应用到2016年吉林省中西部墒情分析评价工作中,应用结果表明:该模型理论依据充分,符合天然旱地植被系统中的水量平衡关系;建模简单,应用便捷,可进行短期土壤含水量增墒、退墒预测,预测结果能够科学反映土壤含水量动态变化规律。     

基于灰色系统的动态平差坝体变形预报

根据运动是趋势性运动与随机性运动的观点,利用灰色系统理论,建立变形监测网随时间变化的GH(1,1)模型和残差改正模型,并把两者结合形成组合模型,利用组合模型对坝体多期变形观测数据进行平差和预报。实践表明,此方法解决了平差与预报统一问题,不仅理论上是严密的,平差和预报精度高,而且便于编程,可以实现计算自动化。     

基于对象的土壤墒情传感器网络节点管理技术的研究与实现

为了充分发挥土壤墒情监测系统对洪涝、干旱和火灾等灾害的预报作用,需要对数量庞大的传感器网络节点进行有效的管理.通过深入分析土壤墒情传感器网络节点的特点和管理要求,提出一种基于对象的管理技术方案.从面向对象的设计思想、本地传感器网络节点类的设计、管理技术的实现三个方面对该技术方案进行了详细介绍.提出的土壤墒情节点管理技术对其他传感器网络节点的管理具有一定的参考作用.     

基于频域反射法的便携式土壤水分检测仪研制

根据土壤墒情监测的具体要求,研制了一种新型便携式土壤水分检测仪。基于频域反射(FDR)原理采集土壤容积含水量,采用标准的烘干称重实验对测量结果进行校正,并同时获取检测点经度、维度信息及实时时间,通过GPRS/GSM及时传送给远程数据中心和责任人。实地测试表明:土壤水分测量误差<3%,数据传输无误。该仪器性价比高,操作简便,适合农技人员使用,对土壤墒情实时监测和智能决策具有重要现实意义。