基于微遗传算法的土壤水力特征参数反演及水分运动模拟

发布时间：2020-06-06 03:13

【摘要】：有关土壤水运动的研究在农业生产和环境保护等领域中具有重要的意义。数值求解数学模型已成为预测水与溶质在土壤中的运移和水土资源管理研究中必不可少的工具。土壤水力参数的确定是土壤中水分运动与溶质迁移预测的基础和计算机模型应用的关键,也是影响预测准确程度的最主要因素。随着传感测量和计算机技术的发展,近来的研究热点是在场地原位获取测量值,通过耦合非饱和土水分运动数值模型和优化算法进行土壤水力特征参数反演,从而对水分运动进行更精准的预测。本文将微遗传算法(mico-GeneticAlgorithms,mico-GA)与土壤水运动控制方程相结合建立了推求土壤水力特征参数的反问题模型,结合我国新疆阿拉尔塔里木大学水资源与建筑工程学院于2012、2013年开展的地表滴灌和地下滴灌实验数据,开展了在田间尺度下土壤水力参数反求问题中的适用性研究,获得了以下基本结论:(1)采用反演分析方法,结合micro-GA优化算法推求的土壤水力特征参数相对于Saxton和Wosten方法计算的土壤水力特征参数用于模拟的效果改善明显。(2)反演分析的观测数据过少会导致模拟结果的不精确,反演参数的精度随样本数量的增加而增加;反问题的目标函数对结果有较大影响,合理的目标函数能提高反演结果精度。(3)在微遗传算法中设定的100代5种群是较合适的遗传选择,增加遗传代数和种群数量对提高运算结果没有太大帮助。(4)土壤分层反演有利于提高反演结果精度,土壤层数要根据土壤的实际情况决定。通过用两层土反演的水力特征参数对滴灌条件下的土壤水分运动分析,结果表明土壤含水量实测值和模拟值两者之间的契合程度较高。计算的模型评价指标分别为:纳什效率系数为0.668,均方根误差为0.029 cm3/cm3,平均绝对值误差为0.021 cm3/cm3,拟合优度为0.689,证明本文提出的推求土壤水力特征参数的反问题模型是有效而可行的,可用于实际问题,以提高土壤水运动模拟结果的精度。
【图文】：

枣树,种植模式

选择该地区普遍种植的赛树为实验作物。树木年龄是５岁，采取在低矮处紧密的种植逡逑模式。在每个地块种植６棵枣树，并排列成一条南北的直线。树木间距为ｌｍ，两排间隔逡逑２ｍ，如图３．１所示。逡逑ｙＳ逡逑／邋／Ｗ￣￣＾ｄｅｔｕｂ＾￣￣Ｗ￣Ｗ逡逑ｊｆＩＪＪＭＷ逡逑ｙ逦ｇ邋也二：二逡逑梦邋＿逦ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｐｏｉｎｔ逡逑Ｙ逦ｙ逦Ｉ邋ｄｒｉｐ邋ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ邋ｐｉｐｅ逡逑｜邋２ｍ邋｝邋２ｍ邋NB逡逑图３．１枣树的种植模式和导水装置的布置逡逑２５逡逑

可渗透,粗砂,出水管,边界

（２）滴灌系统逡逑所有实验场地中，东西向铺设支管，南北布置滴灌管，滴灌管（直径１６ｍｍ，壁厚０．９ｍｍ）逡逑位于距树干２００ｍｍ处，如图３．１所示。每个测试点由一个滴灌管道供水，每个滴灌管具逡逑有专用阀和水表以控制灌溉量。在地下滴灌实验中，每棵树由一个导水装置供水，该导水逡逑装置安装在距树干水平２００ｍｍ的滴灌管下方。在地表滴灌实验中使用相同的管道布置，逡逑并且出水口与树干的水平距离为１００ｍｍ。逡逑导水装置部件包括滴灌管、出水管、调节阀、导水装置、导水装置内的粗砂、不可渗逡逑透边界（ＰＶＣ管）、侧面渗透边界（粗砂）和底部可渗透边界（粗砂），如图３．１所示。逡逑安装的第一步是在土壤中钻一个２５ｃｍ深的孔，其直径稍大于导水装置的直径。将直径为逡逑２ｍｍ－５ｍｍ的砂包裹在１５ｃｍ厚的尼龙网中。将网放置在长３０ｃｍ的ＰＶＣ管底部，，然后将逡逑整个装置放置于孔中。最后，将土壤夯实，再将ＰＶＣ管提升５ｃｍ以形成５ｃｍ的可渗透边逡逑界。出水口安装在导水装置上方的滴灌管上，以将水引入导水装置中。出水管包含控制流逡逑量的调节阀。逡逑＼ｌ逦４逡逑ｆｉ逦ｉ逦Ｓｉ邋－ｉ逡逑５、４＼邋ｄ！邋Ｇｒｏｕｎｄｓ邋Ｊ邋－ｉ逡逑＼逦曰邋ｓ逡逑．■NB邋？＼逦
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152.7

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