基于主成分分析土壤水分扩散率单一参数模型的BP神经网络模型

应用水平土柱法测定了杨凌地区典型粘壤土的水分扩散率,利用土壤水分扩散率的单对数模型和双对数模型对其进行了拟合,建立了土壤水分扩散率单一参数模型,基于主成分分析建立了单一参数模型中参数B的BP神经网络模型。结果表明:利用主成分分析可将研究区域土壤容重、有机质含量、粘粒含量、粗粉粒含量和砂粒含量综合成3个主成分;基于主成分分析建立的BP神经网络模型拟合的单一参数模型参数B的均方根误差RMSE为0.308 2;将拟合得到的参数B代入单一参数模型中对土壤水分扩散率进行预测,除去其中较大值的预测结果偏低外,其余土壤水分扩散率预测结果都比较接近实测值,预测结果的均方根误差RMSE为0.257 8,可利用基于主成分分析建立的BP神经网络模型预测单一参数模型中的参数B。

基于地统计学和联合多重分形的土壤入渗特性空间变异性的研究

利用地统计学和联合多重分形法,分析了杨凌一级阶地和三级阶地稳定入渗率和120min累积入渗量的空间变异性,以及多尺度上120min累积入渗量与土壤各理化特性的相关关系。结果表明,一级阶地,稳定入渗率和120min累积入渗量的空间异质比分别为0.175和0.245,120min累积入渗量与土壤初始含水率、土壤密度和粗粉粒的多尺度相关程度较高。三级阶地,稳定入渗率和120 min累积入渗量的空间异质比分别为0.243和0.288,120min累积入渗量与土壤密度的相关系数为-0.773,与其余各土壤特性之间的多尺度相关程度较弱。不同质地土壤的稳定入渗率在单一尺度上的空间变异性不同。

多尺度土壤入渗特性的变异特征和传递函数构建

土壤入渗特性的变异特征具有明显空间依赖性和尺度效应,其多尺度上的参数估值是农田灌溉设计和管理的重要基础。该研究以在关中平原进行的52组双环入渗试验为基础,通过比较不同方法计算的标定因子对Kostiakov公式的标定效果,结合小波分析和通径分析方法识别并量化分析标定因子和土壤特性参数(土壤机械组成、容重、初始含水率和有机质含量)在多尺度的相关性,在此基础上分别利用多元线性回归(Multiple Linear Regression, MLR)、BP神经网络(BP Artificial Neural Network, BP-ANN)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)3种方法构建估算标定因子的土壤传递函数。结果表明,采用最小二乘法计算标定因子对Kostiakov公式的标定效果最优,所有测点标定后累积入渗量与实测值的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)、平均偏差(Mean Bias Error, MBE)、相对误差绝对值均值(Mean Absolute Value of Relative Error, MARE)分别为1.83 cm、0.24 cm、21.2%;多尺度条件下,土壤容重、砂粒、黏粒和有机质含量组合是引起研究区域标定因子空间变化的主要变异源,其中标定因子与砂粒和有机质含量呈显著正相关关系(P<0.05),总通径系数分别为0.78和0.65,与黏粒和土壤容重呈显著负相关关系(P<0.05),总通径系数分别为-0.74和-0.68;采用SVM法构建估算标定因子的土壤传递函数精度最高,其验证集所得入渗量估算值与实测值具有较高的一致性,两者间的RMSE、MBE和MARE分别为1.92 cm、0.05 cm和27.6%,说明SVM法可用于构建估算标定因子的土壤传递函数。研究结果有助于揭示多尺度上土壤入渗特性的变异特征和解决入渗参数难以快速获取的问题。

河套灌区盐碱地改良方案总结与探索

土壤盐碱化问题制约着河套灌区绿色农业发展和生产力的可持续发展,为实现生态环境保护和土地资源的平衡协调,采取行之有效的治理方案改良盐碱荒地,使其能被有效利用,是当前河套灌区迫切需要解决的问题。本文以工程项目为依托,对河套灌区盐碱地改良行之有效的改良方案进行了总结和探索,为河套灌区相近盐碱化土壤的改良提供有力的改良方案参考。

弧底梯形渠道无喉道量水槽水力特性的数值模拟

【目的】研究弧底梯形渠道无喉道量水渠槽的水力特性,为灌区水资源的科学管理和可持续利用提供参考依据。【方法】利用Fluent6.3大型计算流体力学软件,基于VOF方法跟踪自由液面,采用RNGk-ε湍流数学模型和PISO算法,对不同收缩比条件下的弧底梯形渠道无喉道量水槽进行三维数值模拟,分析了弧底梯形渠道无喉道量水槽内部流场以及水位流量关系,将模拟结果和实测资料对比验证,同时进一步分析了弗劳德数、临界淹没度等量水槽各项水力性能。【结果】与传统无喉道量水槽相比,弧底梯形渠道无喉道量水槽具有显著优点:(1)量水槽结构简单,过流顺畅且呈良好的流线型;(2)临界淹没度(S)可达0.89,水头损失小,弗劳德数(Fr)<0.5,满足测流精度要求;(3)量水槽水位流量关系相关性较好,拟合公式测流平均误差小于5%。【结论】弧底梯形渠道无喉道量水槽结构可为灌区弧底梯形渠道量水提供新的思路和参考依据。

土壤水分扩散率单一参数模型的土壤转换函数

采用水平土柱法测定了杨凌地区典型粘壤土的水分扩散率,利用土壤水分扩散率的单对数模型进行了拟合,拟合效果比较好,通过分析模型中的参数A和B,发现单对数模型的参数A和B具有很好的线性关系,利用这一关系,可以将单对数模型简化为单一参数模型。对参数B和土壤物理特性进行相关性分析,结果表明参数B与土壤有机质含量的相关性最强,与土壤粘粒含量和砂粒含量的相关性次之,与土壤容重和粗粉粒含量的相关性最弱。利用参数B与土壤物理特性的相关关系,建立了参数B的土壤转换函数,土壤转换函数简单并且有较强的理论基础,简化了区域土壤水分扩散率测定费时费力的问题。

土壤水分扩散率单一参数模型空间变异及尺度效应的多重分形

在试验的基础上,建立了杨凌及其周边地区0~20 cm土层和20~40 cm土层非饱和土壤水分扩散率的单一参数模型,并运用统计学原理和多重分形方法对不同土层单一参数模型中参数S的空间变异规律和尺度效应进行了分析。结果表明：0~20 cm土层和20~40 cm土层参数S都属于中等变异程度;0~20 cm土层和20~40 cm土层参数S的空间分布格局的多重分形特征都比较明显,但0~20 cm土层参数S在空间上的变化更加复杂;0~20 cm土层和20~40 cm土层参数S的多重分形谱的宽度分别为0.2667和0.2158,都呈现不同程度的左偏,说明不同土层参数S的空间变异性比较强,且都主要是由高值分布引起的。多重分形分析能够揭示出研究区域内不同土层参数S分布的较多局部信息。