基于SPAC系统的水动力学建模及应用研究

发布时间：2021-08-21 02:27

　　智能灌溉是农业节水的关键,而智能灌溉的核心是开发能用于模拟土壤-作物-大气系统（SPAC,Soil-Plant-Atmosphere Continuum）水动力学的决策软件。通过对SPAC系统中土壤水动力学的研究,可有助于了解土壤水运动特性,从而在农业生产中实施节水灌溉,增加用水效率,节约农业成本。本文通过研究SPAC系统理论、水动力学原理、数值模拟和实验验证方法,系统研究了SPAC系统中水动力学问题。首先,本文基于HYDRUS-1D模型,对三种典型土壤（砂壤土,壤土和黏壤土）的灌溉水入渗量、入渗速率、表面径流与土壤湿润深度进行了系统的数值仿真,以确定最大的灌溉速率,并模拟灌溉后及灌溉结束24小时之后的土壤剖面含水量变化。结果表明:砂壤土剖面的含水量变化比较快,灌溉水入渗速率和深度明显大于其他两种土壤,而壤土和黏壤土由于灌溉水入渗能力比较差,土壤剖面的含水量变化比较慢,通过仿真可知:砂壤土、壤土和黏壤土的灌溉速率分别为5cm/h、1.0cm/h和0.3cm/h左右为宜。此外,灌溉决策时须考虑灌溉后由于土壤含水量重分布引起的土壤湿润锋面变化。其次,本文通过引入国际农粮组织（FAO）提出的... 

【文章来源】：太原科技大学山西省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 水资源与土壤水运动
        1.1.2 智能灌溉
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 土壤水动力学模型研究
        1.2.2 土壤水动力学模型数值方法研究
        1.2.3 土壤水动力学发展趋势
    1.3 本文的主要工作
第二章 SPAC系统中水动力学模型理论
    2.1 SPAC连续体概念及智能灌溉系统理论
        2.1.1 SPAC系统概述
        2.1.2 智能灌溉系统理论
    2.2 土壤水运动基本方程
        2.2.1 土壤水流动的达西定律
        2.2.2 Richards方程
    2.3 土壤水运动参数及分析
        2.3.1 土壤水分特征曲线及分析
        2.3.2 土壤水分特征曲线参数
        2.3.3 土壤水力传导度
    2.4 作物根系吸水与生长模型讨论与分析
    2.5 本章小结
第三章 基于水动力学模型的数值仿真研究
    3.1 引言
    3.2 HYDRUS-1D模型原理
    3.3 模型参数和数值实验方案
    3.4 结果分析
        3.4.1 不同灌溉条件下土壤地表径流数值模拟
        3.4.2 土壤水含量与灌溉强度关系讨论与分析
        3.4.3 土壤湿润深度变化数值模拟
        3.4.4 土壤剖面湿润锋面变化数值模拟
    3.5 结论
    3.6 本章小结
第四章 基于HYDRUS-1D水动力学新模型的建立与验证
    4.1 引言
    4.2 SPAC系统中水动力学建模
        4.2.1 HYDRUS-1D模型
        4.2.2 ET计算模型构建
        4.2.3 模型主要参数
        4.2.4 模型评价指标
        4.2.5 实验参数确定
    4.3 模型仿真分析及验证
        4.3.1 土壤含水量仿真分析及验证
        4.3.2 蒸发蒸腾量仿真分析及验证
        4.3.3 根系在不同土壤层的吸水量仿真分析及验证
    4.4 本章小结
第五章 智能灌溉控制系统
    5.1 引言
    5.2 系统工作原理与硬件构成
    5.3 智能灌溉的优化策略确定
        5.3.1 土壤湿润深度与灌溉量的函数拟合
        5.3.2 智能灌溉系统的优化原则及流程
        5.3.3 案例分析
    5.4 模糊控制器设计
        5.4.1 系统传递函数的计算
        5.4.2 模糊控制器设计
        5.4.3 模糊控制仿真
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
附录



本文编号：3354703