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。     

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。     

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。     

基于SGA和SRFR的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型Ⅱ——模型应用

利用作者开发的基于SGA和SRFR模型构建的畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数优化反演模型,在不同田间灌溉实例条件下进行参数优化估值,分析评价依据地表水流推进(消退)数据估算得到的土壤入渗参数和田面糙率系数进行畦灌地表水流运动过程模拟的效果。结果表明,利用基于地表水流推进数据估算的参数可很好地模拟非稳定状态下的水流推进过程,但其模拟地表水流消退过程的效果却普遍较差,而采用基于地表水流消退数据估算的参数虽可较好地模拟稳定状态下的水流消退过程,但用其模拟水流推进过程的精度却有所下降,只有采用基于地表水流推进与消退组合数据估算的参数,才能获得较佳的综合模拟效果。与人工试算法和离散变量法估算的参数相比,基于SGA优化估值参数模拟的畦灌地表水流运动过程效果更好,SGA是改善参数估值精度的有效手段。     

畦灌灌水技术参数实用优化模型研究

为了改善畦灌灌水质量,基于畦灌的水流运动过程及入渗水分的空间分布,分析了畦灌灌水效果评价指标灌水效率Ea、储水效率Es和灌水均匀度Ed间的相关关系,并以灌水效率与灌水均匀度之和Ead为目标函数,利用灌水效率Ea、畦长L及比例系数k构造约束条件,建立了畦灌灌水技术参数的实用优化模型。在此基础上,以山西省汾东灌区北长寿灌水试验点为例,将优化模型与地面灌溉模拟软件Win SRFR结合使用,对优化模型进行验证,通过对优化灌水技术参数组合下灌水效果指标进行分析,表明该实用优化模型可实现灌水技术参数的优化选取。     

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。     

波涌畦灌灌水技术参数确定方法的探讨

地面灌溉灌水技术参数的确定本身是一个复杂问题，加之波涌灌溉灌水过程的复杂性，给波涌灌灌水技术参数的确定增加了难度。研究表明：波涌灌节水效果的发挥直接取决于其灌水技术参数采用的合理性。本文基于笔者近年来的波涌畦灌灌水实践和波涌灌灌水技术研究，对构成地面波涌畦灌灌水过程的灌水技术参数进行了分析，对作为波涌灌灌水技术参数确定依据的间歇入渗减渗率和入渗模型及参数进行了讨论，提出了波涌畦灌灌水技术参数的确定方法。尽管其不少参数的确定是经验性的，但不失其对波涌畦灌灌水技术的研究和灌水管理的指导意义     

西营河灌区田间灌水技术试验研究

渠系水利用系数及田间水利用系数测验表明,西营河灌区的节水潜力主要在田间。本文通过土壤入渗及灌水技术大田试验研究,指出了西营河灌区土壤入渗的规律、田间灌水质量状况及其改进途径。     

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     

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，从而确定中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，为地膜小麦缝灌水技术进一步在灌区推广提供技术指导。     

灌水次数对土壤入渗影响的试验分析

利用野外双环入渗仪和TST-70室内土壤入渗仪进行入渗试验,分析室内以1.35 g/cm3容重装土与田间翻耕地在0、1和2次灌水后的土壤入渗过程,研究Kostiakov入渗模型中各参数随着灌水次数的变化及田间与室内试验中入渗参数的差异性。结果表明:灌水和室内装土试验均使经验指数α有了一定程度的增大。同时,灌水和装土试验的Kostiakov入渗模型中第一个单位时间内平均渗吸速度i0较田间未灌水都有了明显的减小,经验指数α取值范围较有关资料中所给值小。4种处理中,一次灌水和室内装土试验的累积入渗量与时间双对数关系拟合很好,室内试验的误差分析值最小。因此,在利用Kostiakov入渗模型确定灌水技术参数时,应该考虑适用条件以及灌溉情况。     

SRFR模型对畦灌技术试验中参数模拟结果的评价

根据田间试验,对棉花畦灌设计不同的入畦流量、畦田规格、平整度等试验因素,并利用SRFR模型,对形状因子a为0.363,入渗系数K为4.974,稳定入渗率f0为0.926,田面糙率系数n为0.102条件下,水流推进距离与受水时间关系进行了模拟,对比发现水流推进速度随畦宽的增大而降低.将平均累积入渗量作为因变量,其与畦宽、畦长、平整度、入畦流量的线性关系为:Davg=56.642+0.0572W-0.3224L-0.1111S-0.8086Q,相关性达显著.     

间歇入渗影响因素的大田试验研究

间歇灌是一种新的地面节水灌溉技术。本文以141组大田连续及间歇单点入渗试验资料为依据,针对陕西关中地区中壤质地土壤,分析了土壤初始含水量、土壤结构及灌水参数等因素对间歇入渗减渗效果的影响。结果表明,土壤初始含水量的大小主要影响入渗过程的初始阶段,对减渗效果影响甚微;随着表土容重增大,减渗率减小;灌水参数对减渗效果有不同程度的影响,其中循环率影响最大。     

基于畦首水深和田面水流推进过程的畦灌流量反演方法

针对畦灌稳健设计中单宽流量难以实现无干扰测量的问题,研究入畦流量的反演方法。利用在中科院南皮生态农业试验站进行的灌水试验数据,采用两点法估算入渗参数,引入地表储水形状系数和地下储水形状系数,根据畦首水深和水流推进的数据,估算了畦田的单宽流量。与实测单宽流量相比,N1、N2、N3号畦田的相对误差分别为13.27%、8.02%、11.24%。结果表明:该方法用于畦灌稳健设计中单宽流量控制误差调查是可行的。     

畦灌土壤入渗参数估算的线性回归法

土壤入渗参数是地面灌溉设计的基本参数。针对现有估算方法存在计算工作量较大、精度不稳定的问题进行了研究，提出了畦灌土壤入渗参数的改进计算公式。在70m的畦田长度上等间距布置了8个水位传感器以观测地表水深沿畦长的分布，以及该分布随时间的变化。将畦灌地表水深与离畦首的距离之间的关系按指数函数进行非线性最小二乘拟合，并根据水量平衡原理提出了估算土壤入渗参数的线性回归法，避开了难以定值的地表储水形状系数。实例计算表明，地表水深与离畦首的距离之间呈现较好的指数函数关系，线性回归法估算土壤入渗参数的计算工作量较小，计算精度较高。     

内蒙古河套灌区节水型地面灌溉技术研究

通过对现行的节水型地面灌水技术进行分析和筛选,结合河套灌区的现状和灌溉特点,提出了适宜于灌区应用和推广的4种节水型地面灌水技术：小畦灌灌水技术、水平畦田灌水技术、沟灌灌水技术和地膜覆盖灌水技术,并分析评价了这4种节水型地面灌水技术在河套灌区的适应性。     

不同质地土壤对梯形渠道渗漏的影响

梯形渠道是目前国内最常用的灌水渠道,通过分析不同质地土壤对渠道渗漏的影响,可以为灌区灌水利用效率、渠道防渗效果评估、灌区规划设计等方面提供理论依据。采用室内实验法,对不同质地土壤在梯形渠道中的累积入渗量、入渗率及湿润锋运移进行研究。结果表明：土壤的累积入渗量最大,而湿润锋的迁移距离最远,土壤入渗速度最快;黏壤土初始入渗速度较慢,入渗速率曲线随入渗时间的增加而减小,且随入渗时间的增加而趋于平稳,而湿润锋运移距离较短,累积入渗量最少。在农田输水渠道建设中,应尽量选择黏壤土,这样才能有效地降低灌溉渠道的渗漏。另外,还可以在沟渠四周栽植一些深根系植物,将渗漏的水量输送到灌溉作物中,从而增加了排水的利用率。     

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。     

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。     

河套灌区畦田灌水技术要素选择初探

文章根据灌区现有工程条件,选择了比较适宜的改进式水平畦灌的灌水技术要素控制指标。结合河套灌区现状畦田规格,推荐了改进式水平畦灌的6种组合灌水技术要素,供实际工作中参考使用。