东北玉米生长模型中土壤水分参数的敏感性分析

为进一步改进和提高东北玉米生长模型评估干旱的能力,并使之更好的在区域尺度上应用,以吉林省为例,对该模型的土壤水分参数进行敏感度分析。通过对榆树(半湿润)和白城(半干旱)两个站点典型干旱年份(2000、2001年)和雨水较丰年份及平年(1998、2002年)的分析,得到以下初步结论:土壤含水量对凋萎湿度、田间持水量、作物系数最敏感,整个根区初始土壤有效含水量等次之;凋萎湿度、田间持水量、整个根区初始土壤有效含水量对土壤水分影响为正效应;上述结果在不同气候区、不同降水年份相对稳定,具有一定的普适性。作物生长模型在区域尺度应用时,上述敏感参数的不当估算所产生的误差将导致土壤水分模拟失真,并进一步影响整个作物生长过程的模拟和模型的区域应用;根据敏感性分析结果,有针对性地改进敏感参数,有望进一步提高土壤水分乃至作物生长的模拟精度。

农林复合经营模式对干热河谷退化坡地土壤水分参数的影响

土壤水分状况是制约金沙江干热河谷植被恢复和造林的主要因素 ,改善土壤水分性质是实现该区域生态恢复重建和农业持续发展的必然途径。长期的实验和示范结果显示等高植物篱模式是一种非常适合干旱河谷环境的有极大应用潜力的水土保持和肥力改善、退化生境重建和植被恢复的农林复合经营模式。经过实地研究和实验室分析 ,结果表明等高固氮植物篱模式 0～ 30 cm和 30～ 70 cm土层容重与对照分别在 0 .0 5和 0 .10水平差异显著 ,而对 70 cm以下土壤无显著差异 ;0～ 30 cm土壤水总库容和有效库容分别比对照提高了 5 .5 %和 4 2 .4 % ,30～70 cm土壤水总库容和有效库容分别提高了 5 .8%和 32 .6 % ;土壤饱和导水率、吸渗率和稳定入渗率比对照增大 ,同时比对照土壤提高低吸力段土壤比水容量和土壤饱和水含量 ,从而有效改善了坡地退化土壤的水分入渗性能和水分状况。

使用有限数据推求土壤水分特征曲线VG模型的参数

【目的】使用一种简易方法和有限数据来获取土壤水分特征曲线VG模型的参数。【方法】选择了黑土、褐土、黄绵土、红壤和紫色土5种地带性土壤,实测了土壤饱和含水率(θ_(s))、0.33 bar土壤含水率(θ_(0.33 bar))、最大吸湿水(θ_(97%RH))和空气相对湿度为43%时的土壤吸湿水(θ_(43%RH)),并以θ_(43%RH)为残余含水率(θ_(r)),推导VG模型的参数。将推导出的参数带入到VG模型中,进行了土壤水分特征曲线的预报,并与实测的土壤含水率进行了比较。【结果】该方法能较好地模拟褐土的土壤水分特征曲线,模拟值和测定值的残差一般在0.01 cm^(3)/cm^(3)以内;也可以较好的模拟黄绵土和红壤在0.33~15 bar的土壤含水率,残差一般在±0.01 cm^(3)/cm^(3)以内;但黑土的模拟结果相对较差,在低于0.33 bar时,残差为负,在-0.03 cm^(3)/cm^(3)以内,而在0.33~15 bar,残差为正,达到0.04 cm^(3)/cm^(3);紫色土的模拟结果最差,在低于0.33 bar时,残差为负,达到了-0.07 cm^(3)/cm^(3);但在0.33~15 bar,情况有所改善,残差在0.03 cm^(3)/cm^(3)以内。通过配对t检验,认为模拟值和测定值无显著差异,二者的相关系数(r)为0.990。造成模拟值和测定值差异的原因可能是采样时紫色土密度较低,土壤中有较多的大孔隙,而黑土可能因有机质含量较高具有较好的结构性导致持水能力较强。【结论】采用土壤饱和含水率(θ_(s))、0.33 bar土壤含水率(θ_(0.33 bar))、最大吸湿水(θ_(97%RH))和空气相对湿度为43%时的土壤吸湿水(θ_(43%RH))推导的VG模型参数,可以较好地预报土壤水分特征曲线。但对土壤密度较低、存在大孔隙的土壤,及有机质量较高或结构性较好的土壤,可能会导致部分模拟值和测定值产生较明显的差异。前者可能会影响低吸力段的模拟结果(<0.33 bar),后者则可能影响土壤有效含水率段的模拟结果(0.33~15bar)。

甘肃秦王川地区土壤水分运动参数及相关性

根据甘肃秦王川地区的土壤质地分布特征 ,在现场 5个点进行了积水入渗试验 ,同时采用γ透射法及张力计测定了各点的土壤水分特征曲线及非饱和导水率。在分析研究了各水分运动参数与表征土壤物理属性的(Kd/γd)和 (Kp/γd)有极显蓍相关性的基础上 ,提出了适用于该地区各类土壤质地的水分运动参数表达式。

非饱和土壤水分运动参数空间变异性研究进展与展望

非饱和土壤水分运动参数的空间特征是科学认识大尺度土壤水分动态变化的基础和先决条件。在参考国内外大量文献的基础上,对非饱和土壤水分运动参数的研究进展从模型研究到空间尺度研究进行了分析与评述,指出机理模型研究是未来土壤水分运动参数空间变异性研究的方向,而尺度研究目前研究的精度不够;在对土壤水分运动参数的空间变异性研究各类方法分析和归纳后,指出土壤水分运动参数变异性研究的方法包括直接测定方法和间接估计方法两种,并对各种方法的优缺点及适用条件进行了总结;最后指出土壤水分运动参数空间变异性研究存在的问题主要集中在土壤水分运动参数的空间变异性结果的标准化问题和不同尺度土壤水分运动参数的相互转化等问题。

基于遗传算法的土壤水分运动参数识别

土壤水分运动参数的识别是研究土壤水分运动的基础。该文以反映土壤含水率实测值和计算值吻合程度的均方差最小为优化目标,以土壤导水率和扩散率经验参数上下限为约束条件,建立了土壤水分运动参数识别的优化计算模型。采用遗传算法和田间均质土壤一维非饱和运动数值计算相结合的方法,获得土壤导水率和扩散率经验参数最优值。经验证计算,土壤含水率实测值和计算值吻合程度较高,表明这一方法是可行的。

土壤水分运动方程与参数研究进展

概括了非饱和土壤水分运动方程的研究进展以及为预报非饱和土壤水分运动获得土壤水分运动参数的方法,并提出土壤水分运动研究将以计算机模型、数值模拟、自动测定装置等工具为发展趋势。

实验室非饱和土壤水分运动参数微机测定系统的应用

在实验室利用TS-3型微机土壤水分传导度测试系统进行非饱和土壤水力传导度的测定,并将其实验结果与传统实验方法所得结果进行对比分析,阐述了该系统的优缺点。为室内测定非饱和土壤水分运动参数提供了一种现代化的方法。

国内外土壤水分研究现状与进展

该文论述了国外在土壤水分入渗、土壤—植物—大气连续体中水流的运动、土壤水分运动的数值模拟、土壤水分运动参数的确定和土壤水分测试技术等方面的研究进展。文中指出，进入８０年代以后，我国土壤水分的研究，在理论、方法和手段方面都逐步与国际趋同，如土壤水势理论已作为土壤水分定量化研究的理论基础，测定土壤水势的方法和仪器已日趋完善，土壤水分运动数值模拟得到了广泛应用。我国在森林土壤坡地三维渗透条件下土壤水分运动的定量化研究方面取得了较大的进展，如利用数学物理方法和计算机数值技术计算山坡林地顺坡方向和垂直方向的水量，并将所涉及的数据处理、计算和多维图形制作作为一个完整的系统编制成计算机软件。

智能算法反演土壤水分特征曲线参数的应用

确定土壤水分曲线参数向来是讨论土壤水分和盐分运移的重要前提。用传统方法求非线性优化问题时,难免会出现不易收敛、费时、容易找到错误解等不利局面。现代发展起来的智能优化算法,很好地解决了这些不足。基于模仿生物生理特点和生物适应属性而开发的萤火虫算法、粒子群算法等仿生算法、基于条件概率的层次贝叶斯方法和基于同化数据原理的集合卡尔曼滤波算法都具有很强的优化能力和寻优效率。将这些新算法应用在反演土壤水分曲线参数的结果表明,智能算法完全可以用于求解该问题,而且以较快速度收敛,迅速找到最优解。从这些算法应用和效果来看,智能算法在土壤水分参数反演这一领域有广泛的应用前景。

田间试验方法确定非饱和土壤水分运动参数

用田间试验确定土壤水分运动参数,由于所测定的土壤吸力较低,得不到完整的土壤水分特征曲线,应用受到了限制。对蒸发量大的干旱地区,在田间一定区域,使其土壤与其周围土体隔离,从而可以测得土壤的较高吸力。以土壤水动力学理论为基础,首次在新疆运用田间试验的方法计算确定了土壤水分运动参数,是一种简便的实用方法。

土壤水分特征曲线Van-Genuchten模型参数的土壤传输函数比选

基于黄土高原区多种土壤的水分特征曲线试验数据样本,建立了以土壤黏粒、土壤粉粒、干密度、有机质和盐分含量为输入变量,Van-Genuchten模型参数α与n为输出变量的非线性预报模型和灰色BP神经网络预报模型,在对两种模型误差参数α与n分别进行误差分析比较的基础上,对两种模型的预测结果进行了整体误差分析。结果表明:无论是参数α还是参数n,非线性模型的平均相对误差低于10%,综合精度平均相对误差为15.73%;灰色BP神经网络模型的预测精度的平均相对误差低于4%,综合精度平均相对误差为10.01%,灰色BP神经网络模型的预测精度都要比非线性模型的预测精度高,但灰色BP神经网络模型易出现过度拟合的情况。综合而言,两种模型均能实现Van-Genuchten模型参数α与n的预测,可根据具体情况选用其中一种以达到更好的预测效果。

土壤水分研究进展

论述了国内外在土壤水分入渗方程模拟、土壤水分运动参数和SPAC理论等方面的研究进展。文中指出沙地水分研究所采用的主要观点由形态学观点转到了能态学观点;土壤水分运动参数的测定方面做了大量的工作,取得了较好的成绩;随着计算机的迅速发展,数值模拟得以广泛的发展。

室内非饱和土壤水分特征曲线的测定及规律研究

本文通过高速离心机法室内试验测定土壤水分特征曲线,得到了不同容重土壤水分脱水曲线,结果具有一定的准确性和可靠性,为土壤吸水曲线的测定、水分运动其它参数的测定及土壤水分运动模型的建立和数值模拟提供了必要的数据及理论参考。

大同北部地区土壤水分入渗过程预报模型研究

以山西省大同北部地区的大量田间入渗试验为基础,选择常规土壤物理量作为预测自变量,应用多元线性回归模型预测大田土壤入渗能力及其入渗模型参数,同时研究基于上述预测结果的土壤水分入渗过程的模拟方法。

反演分析土壤-秸秆水分运动参数

通过潜水均衡试验站土壤测渗仪资料,以新疆具有一定代表性的轻粘土为例,利用无秸秆覆盖和地表以下35 cm秸秆覆盖的实测资料,研究作物生长条件下土壤水分和盐分运移模型参数,通过HYDRUS模型反演确定了土壤水分运动参数和秸秆水分参数。并与测筒实测数据进行了比较。通过计算,无论是模拟计算的土壤水分运动参数还是秸秆水分参数都与相应的测筒观测值具有良好的一致性,模拟值与实测值吻合较好,这表明了轻粘土土壤水分运动参数和秸秆水分运动参数的确定是合理的。这些参数的确定将为更好地模拟秸秆覆盖条件下土壤水盐运移规律,研究秸秆覆盖层阻止土壤潜水蒸发抵制土壤盐分向上运动提供科学数据。

森林流域非饱和土壤水与饱和土壤水转化研究进展

阐述了森林流域几种土壤水分运动方式(入渗、潜水蒸发、潜水补给以及壤中流)中非饱和土壤水与饱和土壤水之间转化的研究进展,并对土壤水分运动参数中的土壤水分特征曲线、非饱和导水率和饱和导水率的研究现状作以简要介绍,最后提出了未来的发展方向.

甘肃黑方台黄土水分运动参数试验研究

灌溉渗透诱发型黄土崩滑灾害在黄土高原具有普遍性,其中以黑方台灌区最具典型性和代表性.从非饱和土力学角度看,黄土在灌溉后更易发生蠕变变形和破坏.黄土含水量这个土壤水分运动参数将对黄土自身的变形和破坏产生一定的影响,进而造成黄土崩滑灾害的可能.选取甘肃省临夏回族自治州永靖县盐锅峡镇黑方台原状黄土与扰动黄土作为试验介质,采用Ku-p F非饱和导水率测定系统测定其土壤水分特征曲线,并运用MATLAB软件拟合实测数据.结果表明:原状黄土中的大孔隙对土壤水分特征曲线具有显著的影响;原状黄土被扰动重塑后,失水率变大,持水性能变强;原状黄土特殊的结构性将随着水体的侵入而逐渐丧失;张力计法只适合测定低负压范围的水分特征曲线;采用Van方程参数拟合方法拟合渗透系数存在较大误差.

颗粒组成对包气带水分运动参数的通径分析

颗粒结构组成是反映土壤质地的重要特征,决定着土壤的水力参数,进而对热量、水分和化学物质迁移过程起主导作用。为揭示土壤颗粒组成对水分运动参数的作用效应,通过灌溉前后不同时空野外试验采样、实验室分析,应用相关分析与通径分析相结合的方法,研究了不同深度（0.1~6m）的砂粒、粉粒、粘粒含量对土壤水分运动参数影响。结果表明：粘粒含量是影响土壤残余含水率（θr）最重要的正作用因子,其次是砂粒含量的负作用;粉粒含量是影响土壤饱和含水率（θs）最大的正作用因子,并对砂粒传递间接的负作用,其次是砂粒含量的负作用,粘粒含量对其没有影响;影响土壤水分特征曲线形状参数α最大的正作用因子是粉粒含量,其次是砂粒含量的负作用和粘粒含量的正作用;影响土壤水分特征曲线形状参数n最大的正作用因子来至于砂粒和粉粒含量,而粘粒含量的正作用也不能忽视;对土壤饱和导水率（ks）影响最大的是砂粒含量的正作用,其次是粉粒含量的正作用和粘粒含量的负作用,同时粘粒含量通过砂粒传递的负作用对其产生影响。砂粒和粘粒对土壤水分特征曲线形状参数n的影响显著,砂粒对土壤饱和导水率直接影响较大,而粉粒和粘粒分别对土壤饱和含水率、残余含水率影响明显。表明通径分析能够透过简单相关的表面深入研究自变量与因变量之间的因果关系,揭示各个因素之间的相对重要性和传递影响。

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。