土壤入渗模型参数的线性预报模型研究

发布时间：2017-06-01 10:22

  本文关键词：土壤入渗模型参数的线性预报模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤水分入渗是指在灌溉或者降雨的条件下,水分经过地表渗入土壤并储存在土壤中,形成土壤水的过程,土壤水分入渗的过程实质上是将地表水转化成土壤水供植物根系吸收利用的过程。对土壤水分入渗参数的研究可为科学进行农田灌溉提供技术支撑,也可为地下水资源的合理评价提供指导。目前对于表征土壤入渗过程的土壤入渗模型的研究已基本成熟,但对于如何准确、迅速地获取土壤入渗模型参数还存在一定的困难。以往人们主要是采用试验法来获取土壤水分入渗参数,从精度的要求看,试验的方法能够满足农业灌溉水管理的需求,但存在试验技术难度大、设备复杂、费时、费力等问题。为解决上述问题,本文试图采用土壤传输函数法,基于区域规模尺度上的土壤入渗参数和土壤常规物理化学参数试验大样本,建立土壤入渗参数的线性预报模型,为进一步完善土壤传输理论和指导农田灌溉提供帮助。本文基于土壤入渗试验以及土壤理化性质试验样本数据,首先根据单因素分析法的原理分别分析了Kostiakov三参数入渗模型入渗系数K、入渗指数a、相对稳定入渗率f0与土壤容重、土壤体积含水量、土壤质地、土壤有机质、土壤含盐量、土壤温度等理化参数的关系,在此基础上建立了非冻结非盐碱土壤、盐碱土壤、冻结土壤的Kostiakov三参数入渗模型参数的线性预报模型。通过对灌溉造成的土壤结构变形前后入渗模型参数线性预报模型的对比分析,提出了考虑土壤结构变形对提高模型预测精度的必要性,建立了能够适用于整个农业生产周期的kostiakov二参数以及kostiakov三参数入渗模型参数的线性预报模型,并对预测结果进行了验证,结果表明预测精度能够满足农业生产活动的要求。此外,通过对kostiakov三参数入渗模型以及philip入渗模型参数预测精度的对比发现,kostiakov三参数入渗模型参数的预测精度明显高于philip入渗模型参数的预测精度,选用kostiakov三参数入渗模型作为研究对象建立不同类型土壤入渗参数的预报模型,提出了利用容易获取的土壤基本理化参数预测土壤kostiakov三参数入渗模型参数的线性方法。研究发现:影响非冻结非盐碱土壤入渗模型参数的主要因素是土壤容重、含水量(体积含水量)、有机质含量、质地等土壤理化参数;影响盐碱土壤入渗模型参数的主要因素除上述理化参数外,含盐量的影响不容忽视;影响冻结土壤入渗模型参数的主要因素除土壤容重、含水量、有机质含量、质地这几个理化参数外土壤温度也会对其产生较大的影响。基于上述研究结论建立了考虑土壤结构变形条件下的非冻结非盐碱土壤kostiakov入渗模型参数的线性预报模型,各参数平均相对误差能够达到12%以下,预测精度较高;建立的盐碱土壤kostiakov三参数入渗模型参数线性预报模型各参数的平均相对误差在15%以下,预测精度能够满足要求;建立的冻结土壤kostiakov三参数入渗模型参数预报模型各参数的平均相对误差在19%以下,基本能够满足农业生产活动的要求。本文建模时仅考虑了土壤入渗模型参数的主要影响因素,而对农业耕作措施、表土结皮和板结、地下水埋深等因素未加考虑,在进一步的研究中考虑引入次要影响因素,对这些因素的影响机理进行深层次的探索,以进一步提高预测精度。本文建立的预测冻结土壤Kostiakov三参数入渗模型参数的预报模型精度较低,可对冻结土壤进行更深层次的研究,从影响因子的量化指标入手进行研究,以建立更高精度的多元线性预报模型。
【关键词】：线性预测模型 Kostiakov入渗模型 土壤理化参数 土壤结构变形
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7
【目录】：

• 摘要3-6
• abstract6-14
• 第一章 引言14-24
• 1.1 问题的提出与研究意义14-15
• 1.2 国内外研究动态15-21
• 1.2.1. 土壤水分入渗理论与模型研究15-17
• 1.2.2. 土壤水分入渗参数获取方法的研究17-18
• 1.2.3 土壤传递函数研究动态18-19
• 1.2.4 线性预报模型在土壤参数预测中的发展与应用19-20
• 1.2.5 土壤入渗参数及土壤入渗能力影响因素研究动态20-21
• 1.3 研究的技术方案21-24
• 1.3.1 研究目标21-22
• 1.3.2 研究内容22
• 1.3.3 研究的技术路线22-24
• 第二章 样本数据建立的室内外试验条件与方法24-34
• 2.1 试验区气候条件24-26
• 2.2 土壤条件26-28
• 2.2.1 非冻结试验区土壤条件26-28
• 2.2.2 冻结试验区土壤条件28
• 2.3 试验仪器与设备28-29
• 2.4 试验方案与方法29-34
• 2.4.1 试验方案29-30
• 2.4.2 试验方法30-32
• 2.4.3 数据样本32-33
• 2.4.4 线性预测模型建立方法与过程33-34
• 第三章 影响土壤入渗参数的主导因素及其定量模型关系34-60
• 3.1 土壤含水量34-38
• 3.1.1 土壤含水量对土壤入渗能力的影响34-35
• 3.1.2 土壤含水量对各土壤入渗模型参数的影响35-37
• 3.1.3 土壤入渗能力及各入渗参数与土壤含水量的定量关系37-38
• 3.2 土壤结构38-43
• 3.2.1 土壤结构对土壤入渗能力的影响38-39
• 3.2.2 土壤容重对各土壤入渗模型参数的影响39-42
• 3.2.3 土壤入渗能力及各入渗参数与土壤容重的定量关系42-43
• 3.3 土壤质地43-48
• 3.3.1 土壤质地对土壤入渗能力的影响43-44
• 3.3.2 土壤质地对各土壤入渗模型参数的影响44-47
• 3.3.3 土壤入渗能力及各入渗参数与土壤质地的定量关系47-48
• 3.4 土壤有机质48-53
• 3.4.1 土壤有机质对土壤入渗能力的影响48-49
• 3.4.2 土壤有机质对各土壤入渗模型参数的影响49-52
• 3.4.3 土壤入渗能力及各入渗参数与土壤有机质的定量关系52-53
• 3.5 土壤温度53-56
• 3.5.1 土壤温度对土壤入渗能力的影响53-54
• 3.5.2 土壤温度对各土壤入渗模型参数的影响54-56
• 3.5.3 土壤入渗能力及各入渗参数与土壤温度的定量关系56
• 3.6 土壤含盐量56-57
• 3.7 影响土壤入渗参数主导因素、次要因素分析57-60
• 第四章 Kostiakov与Philip入渗模型参数预测模型精度比较60-70
• 4.1Kostiakov和Philip入渗模型60
• 4.1.1Kostiakov入渗模型60
• 4.1.2 Philip入渗模型60
• 4.2 入渗参数影响因素的初步选定60-61
• 4.3 入渗模型参数结构61-66
• 4.3.1 Kostiakov三参数入渗模型参数结构61-64
• 4.3.2Philip入渗模型参数结构64-66
• 4.4 入渗模型参数线性预报模型66-68
• 4.4.1 Kostiakov三参数入渗模型参数线性预报模型66-67
• 4.4.2 Philip入渗模型参数线性预报模型67-68
• 4.5 预测模型精度分析68-69
• 4.5.1 入渗模型参数预报模型平均相对误差分析68-69
• 4.5.2 预报参数下的入渗模型的平均相对误差69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 考虑土壤结构变形的Kostiakov入渗模型参数的预报模型70-90
• 5.1 备耕头水地三参数入渗模型参数的预报模型70-78
• 5.1.1 输入输出变量的分析与确定70-71
• 5.1.2 备耕头水地Kostiakov三参数入渗模型参数结构71-75
• 5.1.3 备耕头水地Kostiakov三参数入渗模型参数的线性预报模型75-76
• 5.1.4 备耕头水地Kostiakov三参数入渗模型预测精度分析76-78
• 5.2 考虑结构变形的土壤入渗模型参数的线性预报模型78-87
• 5.2.1 Kostiakov三参数入渗模型预测参数的影响因素分析79
• 5.2.2 Kostiakov三参数入渗模型参数结构79-83
• 5.2.3 Kostiakov三参数入渗模型参数的线性预报模型83-84
• 5.2.4 Kostiakov二参数入渗模型参数的线性预报模型84-86
• 5.2.5 预测模型精度分析86-87
• 5.2.6 Kostiakov三参数入渗模型参数预测模型实例验证87
• 5.3 本章小结87-90
• 第六章 盐碱及冻结土壤Kostiakov入渗模型参数线性预报模型90-102
• 6.1 盐碱土壤Kostiakov三参数入渗模型参数线性模型90-95
• 6.1.1 预测参数的影响因素的初步选定90-91
• 6.1.2 预测模型结构91-92
• 6.1.3 入渗模型参数的线性模型92-93
• 6.1.4 预测模型精度分析93-94
• 6.1.5 盐碱土壤入渗模型预测实例94-95
• 6.2 冻结土壤Kostikov三参数入渗模型参数预报模型95-100
• 6.2.1 预测参数的影响因素分析95-96
• 6.2.2 预测模型结构96-97
• 6.2.3 入渗模型参数的线性模型97-98
• 6.2.4 预测模型精度分析98-99
• 6.2.5 冻结土壤入渗模型预测实例99-100
• 6.3 本章小结100-102
• 第七章 入渗参数线性预报模型的应用举例102-106
• 7.1 入渗参数线性预报模型的输入理化参数的分析与获取102
• 7.2 入渗参数线性预报模型应用实例102-104
• 7.3 本章小结104-106
• 第八章 结论与展望106-110
• 8.1 结论106-108
• 8.2 创新点108-109
• 8.3 展望109-110
• 参考文献110-114
• 致谢114-116
• 硕士期间所获得的成果116

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