基于支持向量机的土壤水力学参数预测

为了分析支持向量机在土壤水力学参数预测方面的效果,应用支持向量机构建用于预测土壤水力学参数的土壤传递函数,以土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤理化性质为输入项,分别预测土壤饱和导水率、饱和含水率、残余含水率,以及van Genuchten公式参数的对数形式。结果表明预测值和实测值不存在显著性差异,用支持向量机预测土壤水力学参数是可行的。不同输入项处理的预测分析表明,输入项为粒径分布、粒径分布和容重、粒径分布和有机质含量3种情况的预测效果差异不明显,而输入项为粒径分布、容重和有机质含量时预测效果优于前3种情况。支持向量机在预测土壤水力学参数方面的效果要优于多元线性逐步回归模型,而与BP神经网络模型相比不具有明显好的预测效果。

黄河冲积平原表层土壤水力学参数的空间变异特征

为了解黄河冲积平原表层土壤水力学参数的空间变异特征,以河南省兰考县为分析对象,采用地统计学和GIS相结合的方法,分析土壤表层水力学参数的空间变异。结果表明,土壤干容重和土壤含水率的变异系数分别为7.8%、9.2%,呈现出弱变异;土壤渗透系数的变异系数为173.2%,呈现出强变异。土壤水力学参数均具有二阶趋势效应。土壤干容重和土壤含水率的块基比分别为0.458、0.500,具有中等空间自相关性;土壤渗透系数的块基比为0.034,具有强空间自相关性。研究区土壤干容重和土壤含水率整体均表现为由西向东逐步增大;土壤渗透系数较大值主要集中在北部,较小值主要集中在中东部,整体表现为由中部向四周逐步增大。

利用盘式吸渗仪确定土壤水力学参数研究进展

各种农业措施显著影响土壤的物理性质,特别是土壤水力学参数。随着计算机模型广泛用于土壤物质迁移的预测预报,准确确定土壤水力学参数成为一项重要的研究任务。盘式吸渗仪作为一种简便实用的仪器正被广泛用于田间土壤水力学参数的测定。国内外学者研究了稳态、瞬态和反推等方法,利用盘式吸渗仪来确定土壤近饱和导水率、吸渗率和水分特征曲线。同时该仪器可以用于田间测定土壤孔隙分布状况,以及两区模型中的参数。笔者对国内外有关盘式吸渗仪研究从相关理论和应用方面进展进行了综述,并对田间测定操作中注意的问题进行评述,指导田间试验以获得准确的测定数据。盘式吸渗仪在田间测定土壤孔隙,特别是大孔隙流方面有独特的优点,但是其并未在中国不同质地土壤上得以广泛应用。

基于BP神经网络的土壤水力学参数预测

为了获取区域土壤水分和溶质运移模拟所需的土壤水力学参数,利用黄淮海平原曲周县的试验资料建立基于BP神经网络的土壤转换函数模型。本文采用土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤基本理化性质,来预测土壤饱和导水率Ks、饱和含水量sθ、残余含水量θr、以及van Genuchten公式参数α、n的对数形式ln(α)和ln(n),并与多元线性逐步回归方法进行比较。t检验结果表明,BP神经网络训练和预测得到的模拟值与实测值之间吻合很好,该方法具有较高的预测精度。通过对平均相对误差的比较,得出在粒径分布的基础上增加容重、有机质含量等输入项目,可以提高部分土壤水力学参数的预测精度,而有些参数的预测精度反而降低。以误差平方和为标准的比较结果表明,BP神经网络模型的预测效果总的来看要优于多元线性回归法。

土壤水力学特征参数空间变异的研究方法评述

对非饱和土壤水力学特征参数空间变异的标定理论、随机理论、土壤传递函数、分形理论和统计方法等5种研究方法作了比较全面的介绍,分析了各种方法的优点和局限性,指出了土壤水力学特征参数空间变异研究中需要解决的参数测定、模型系数单一化和参数空间变异特征3个关键问题,认为多种方法相结合是研究土壤水力学特征参数空间变异尤其是大尺度空间变异的有效途径。

玉树地区降水条件下潜在滑坡体位移及土壤水分变化特征研究

基于玉树典型滑坡风险区的降雨量、土壤含水量和坡面累计位移监测数据,利用Darcy–Richards方程进行不同坡位下土壤含水量的模拟,探究降水条件下潜在滑坡体位移及土壤水分变化特征。结果表明:研究区上、下坡位不同土层深度下土壤含水量与降雨量变化趋势一致,土壤含水量变化波动随土层深度的增加而降低。降雨量多的月份上、下坡位较浅层土壤含水量均高于较深层土壤;在降雨量较少的月份,上坡位土层土壤含水量表现为30 cm<60 cm<120 cm<90 cm,下坡位土层土壤含水量表现为60 cm>30 cm>120 cm>90 cm。下坡位的垂直位移与水平位移的变化量均高于上坡位,上坡位最大垂直位移出现和结束均早于最大水平位移;下坡位垂直位移与水平位移先呈上升趋势,达到最大垂直位移累计量,而后又迅速下降。不同深度土壤水力学参数反演结果发现,随着土层深度的增加,土壤的饱和含水量和参数α明显减小,而土壤的饱和导水率Ks则随土层深度的增加而增大,土壤的参数n基本稳定。研究结果可为高原地区滑坡预报预警和风险防控提供科技支撑。

生物炭对黄绵土水分吸渗特征及水力学参数的影响

探究不同生物炭添加量对宁南山区黄绵土水分吸渗特征及水力学参数的变化,为提升区域生态功能及促进农业生产提供数据支撑。选取6种生物炭添加量(0、10、20、30、40和50g/kg),通过室内一维水平土柱试验,利用Philip模型拟合土壤吸渗过程并确定吸渗率(S),并推导出Van Genuchten模型中进气吸力倒数(a)、形状系数(n)及水吸力(h),利用上述水力学参数拟合土壤水分特征曲线、非饱和导水率及比水容量。结果表明:随着生物炭添加量增大,各处理湿润锋运移距离及累积入渗量均逐渐减小。与未添加生物炭处理相比各处理S分别降低了7.83%、14.99%、16.90%、23.36%和39.50%;随生物炭添加量增加,a、n及饱和导水率(K_(s))逐渐减小,饱和含水率(θ_(s))、滞留含水率(θ_(r))逐渐增大。相同土壤含水率下,生物炭添加量增加h增大,非饱和导水率减小且增长速率逐渐降低。相同h下,生物炭添加量越大比水容量越大,水分有效性越高。可以看出添加生物炭显著增强了宁南山区黄绵土持水性能及水分有效性。

生物质炭施用对土壤水分影响的研究进展

土壤水分是植物生存及生长发育的物质基础,不仅决定植被的分布格局,而且对作物的产量及品质等均具有重要影响。生物质炭因其特殊的孔隙结构和肥力等特征,在改善土壤水分、提高土壤肥力、促进作物生长及增加产量等方面具有重要意义。然而,因生物质炭种类、颗粒大小、裂解温度、施用量及施入土壤类型等的不同,导致炭添加后对土壤水分等方面的影响存在较大差异,限制了生物质炭在农业生产及土壤改良等方面的广泛应用。为深入理解生物质炭对土壤水分的影响,从土壤水动力学参数、土壤含水率、蒸散发及水分利用效率等方面对生物质炭添加的响应进行总结,并就生物质炭与土壤水分之间的相互关系研究进行了展望,以期为生物质炭更好的服务于土壤改良及农业生产提供参考。

基于HYDRUS-2D的土壤水力特征参数反演及其时空变异性研究

为研究田间尺度灌溉条件下土壤水力特征参数的时空变异性,基于甘肃省武威市石羊河试验站葡萄园内土壤含水率数据,采用HYDRUS-2D模型反演估计不同生育期不同深度的土壤水力特征参数,评估反演参数的土壤含水率模拟效果,分析其时空变异性。结果表明:田间尺度下采用反演参数模拟不同深度土壤含水率的变化的效果优于同种情况下Rosetta模型预测参数的模拟效果;反演参数在果实膨大期和转色期的模拟效果好于其它生育期,反演的拟合优度R2值由Rosetta模型的0.4~0.5提高到了0.7~0.8,均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE值由Rosetta模型的0.04~0.05 cm^(3)/cm^(3)和0.03~0.04 cm^(3)/cm^(3)分别降低到了0.03~0.04 cm^(3)/cm^(3)和0.02~0.03 cm^(3)/cm^(3);此外,反演出的土壤水力学特征参数只适用于参与反演过程类似条件下的模拟,应用于有明显差异的情景时,模拟精度显著降低;反演得出的3个参数土壤饱和导水率Ks、土壤水吸力方程参数α、土壤孔隙大小分布系数n均表现出了一定的时空变异性,其中Ks和n的时空变异性小,α在0~10 m-1,时空变异性大。本研究可为准确预测农田土壤含水率的变化,制定合理的灌溉制度,提高水分利用效率提供科学依据。

若尔盖高寒草甸表层土壤水分特征曲线传递函数研究

土壤水力学性质是土壤水文和流域水文模型模拟的重要参数。通过代表性样点采样分析,建立土壤基本理化指标为自变量的传递函数,是区域尺度土壤水力学参数估算的一种重要方法。受水文气候条件、土壤属性等多要素的影响,现有土壤水力学参数传递函数模型在高寒地区的适用性较为有限。为获得高寒草地准确的土壤水力学参数,本文以青藏高原东缘若尔盖高寒草甸表层土壤(0~20 cm)为研究对象,测定了土壤基本理化性质(有机质含量、容重、颗粒组成等)和土壤水分特征曲线。在van Genuchten(VG)模型参数拟合及Pearson相关分析的基础上,运用多元逐步线性回归分析法,分别构建了VG模型参数估算模型和三组点估算模型。结果显示:(1)采用本研究构建的土壤水力学传递函数所得的估算值与实测数据的相对误差与平均相对误差总体小,准确度高;(2)本文构建的点估算模型拟合效果均较好,在基本理化性质的基础上增加滞留含水量(θr)和田间持水量(θ_(330)),均能提高传递函数的估算准确度;(3)对于土壤数据较为缺失的高寒草地区域,以只采用土壤颗粒组成、容重和有机质含量作为自变量构建的传递函数组A更具可行性。该研究为高寒草地土壤水力学参数的估算提供了实用的函数工具,其应用可为高寒草甸土壤水文、生态、水资源管理等研究提供参数支撑。

神东矿区降雨入渗补给强度研究

神东矿区煤炭资源开发与水资源短缺矛盾的日趋严重,实现地下水资源可持续开发利用,为能源基地建设与开发提供水资源保障迫在眉睫。而实现此目标的前提是准确的计算和评价现有的水资源。研究表明,区域地下水循环方式主要以垂向交换为主,作为地下水资源评价中补给量的主要构成部分,对该研究区降雨入渗量的研究具有十分重要的意义,以前评价地下水资源量时对降雨入渗量的给出大多采用经验估算的方法,此方法存在较大误差。在广泛调查神东矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟工具建立研究区包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟神东矿区内不同地段降雨入渗强度,得出入渗补给系数,为评价区域地下水资源量提供科学依据,拟合出的研究区各岩性水文地质参数也可用于类似区域的水文地质计算。

降雨入渗补给地下水数值模拟研究

针对在地下水资源评价中人渗补给量采用经验估算存在较大误差的问题，以神东矿区为例，在广泛调查矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上，采用数值模拟的方法建立包气带水分运移数值模拟模型，定量模拟矿区内不同地段降雨人渗强度，探讨影响降雨人渗强度的主要因素，计算得出研究区降雨入渗系数大致在0．18～0．27，分析认为影响降雨人渗强度的因素有降雨量、潜水埋深、包气带岩性等。其中在研究区广泛分布的风积沙对地下水资源起到了一定的保护作用。