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。     

果园土壤入渗参数与畦灌田面综合糙率的确定

对果园畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数的准确测定,有助于提高畦灌的灌水效果。文中在山西省夹马口灌区果园,选择四种土壤表面形态进行了入渗试验,确定了土壤入渗参数,根据试验结果,将灌区土壤分为强入渗、较强入渗、中等入渗和弱入渗四种入渗类型。利用模拟畦灌水流运动零惯量模型,采用反求参数的方法,获得四种土壤入渗类型畦灌田面综合糙率系数,为类似地区进行畦灌设计和管理提供重要的参考依据。     

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。     

基于多元回归分析的地面灌溉参数与要素研究

农业是国民经济的基础,我国90%以上的农田都采用地面灌溉方式,并且灌溉效率很低,对灌溉技术进行改进有很大的节水潜力。对地面灌溉技术进行改善,首先需要确定土壤的入渗参数与田面的糙率系数,这两个系数决定了灌溉效率。基于国内外研究基础,引入Kostiakov公式对地面灌溉参数进行优化识别。重点利用多元回归分析法对灌溉技术的要素进行参数识别优化和多目标优化,希望为今后地面灌溉设计提供理论帮助。     

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.     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟Ⅲ:模型应用

基于构建的畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型,数值模拟畦灌施肥技术要素组合模式,分析单一要素对畦灌施肥系统性能的影响,确定冬小麦畦灌施肥技术要素优化组合区域.结果表明,土壤入渗性能、施肥时机、入畦单宽流量、畦长、畦面微地形状况对畦灌施肥系统性能影响较为明显.在畦灌全程施肥方式下,若以较高畦灌施肥性能评价指标作...     

畦灌技术参数对灌溉施肥性能影响研究进展

畦灌是华北地区应用最广泛的灌水方法，优化畦灌技术参数是提高灌溉施肥性能、减少农业面源污染的重要措施。畦灌技术参数多元，加之土壤入渗、溶质运移参数的空间变异性，使得畦灌灌溉施肥性能研究存在较大难度。整理了常用的灌溉施肥性能评价指标，归纳了土壤质地、施肥方式、施肥时机以及改口成数等畦灌技术参数对灌溉施肥性能影响的研究进展以及相关参数的适宜阈值，阐述了适宜不同场景的畦灌施肥地表溶质运移模型应用情况，汇总了具有较高灌溉施肥性能的畦灌技术参数组合。结合前人的研究基础对未来的研究方向进行了展望，以期为进一步提高作物产量、降低肥料使用对环境的影响等方面提供有价值的参考依据。     

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。     

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。     

对畦灌灌水技术问题的几点看法

地面灌溉是目前我国和大多数国家的主要灌溉方式。以畦灌为例,将选定的灌水定额在纵横方向均匀地灌到田间,并尽量避免畦外泄水和深层渗漏。是畦灌的基本要求。要达到这一要求,就必须选择适宜的畦长(L),入畦单宽流量(q),和停水时间。而这些要素又与土壤渗透性能,畦田纵坡(i),畦面糙率     

干湿田面糙率差异对灌溉模拟效果影响

田面糙率是影响畦灌水流运动过程的关键参数,其值的合理确定对灌溉模拟效果影响显著.本文基于田间实测数据,借助地面灌溉模拟模型,分析不同土质、入畦流量和坡度条件下考虑与不考虑干湿田面糙率差异对灌溉模拟效果的影响.结果表明,考虑干湿差异的模拟效果略优于不考率干湿差异的模拟效果,且通过敏感性分析得出,湿面糙率起决定性作用,干面糙率影响较小.该结果可为地面灌溉反馈控制系统中田面糙率系数的合理确定提供科学依据.     

遗传算法在河网糙率参数反演中的应用

确定糙率参数是河网水流数值模拟的关键问题.该文基于与河网水动力学模型耦合的遗传算法建立了河网糙率参数优化反演模型,并应用于韩江三角洲河网的糙率参数反演中.结果表明,遗传算法在河网糙率参数的反演中是可行的,且具有精度高、收敛快和易于计算机实现的优点,有效地克服了试错法和传统优化反演方法的缺陷.     

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。     

三角联解法水力水质模型的糙率反演及面污染源计算

采用三级联解法建立河网的水量水质模型.在水量模型中，对糙率的率定作了改进.提出在全河网将糙率分级，减少了参数数量，并用复合形法反演参数.对水质模型中生活面源的确定提出了更切实际的经验公式。     

考虑入渗空间分布变异性的适宜土壤紧实度采样密度分析

土壤入渗采样密度直接影响其空间分布变异性的合理表征,进而影响畦灌性能评价与系统设计。本文基于新疆供试田块上获得的实测数据,借助地质统计学和条件模拟方法分析不同土壤紧实度采样密度下简化的Green-Ampt入渗模型参数的统计特征值、空间变异结构与状况,对比不同土壤紧实度采样密度对畦灌性能模拟效果的影响,综合确定适宜的土壤紧实度采样密度。结果表明,当土壤紧实度采样密度大于50个/hm2时,简化的Green-Ampt入渗模型参数的变程和空间分布状况在田块尺度上都趋于稳定,而畦田尺度上的畦灌性能评价指标模拟值与实测值间的相对误差均保持在10%以内,故适宜的土壤紧实度采样密度值应为不低于50个/hm2。     

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     

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。     

粒子群算法在河道水动力模型参数校正中的应用

参数估计一直是河道水动力模型研究的难点之一,在传统的模型参数人为经验率定方法的基础上,提出了基于粒子群算法的模型参数优化校正方法,构建了参数校正优化模型,并将参数优化校正算法与河道水动力模型进行耦合,针对淮河干流和史灌河支流组成的研究区域,采用一维河道洪水演进模型,比较了糙率系数校正方法和传统经验估算法,校正方法得到的河段糙率系数值比人为经验估计值平均大0.01,淮河干流河段糙率略大于史灌河支流河段糙率,采用校正河段糙率系数得到的河道水位过程与实测值拟合更优,特别在主峰段洪水过程模拟精度显著改善,验证了本文所提出的参数优化校正算法的有效性,为复杂河道水动力模型参数的确定提供了一种有效方法。     

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。     

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%。