基于HYDRUS-2D模型的滴灌土壤水氮动态模拟研究

【目的】探究河套灌区滴灌条件下玉米各生育期土壤水氮变化规律及不同灌水量对土壤硝态氮累积量的影响。【方法】通过田间试验,设置高灌水量(D1:76 mm)处理和低灌水量(D2:60 mm)处理,分析土壤含水率和土壤氮素(铵态氮和硝态氮)的动态变化规律,利用HYDRUS-2D模型进行模拟验证与预测。【结果】各处理灌水后土壤含水率呈增加趋势;而土壤铵态氮和硝态氮在灌水施肥后迅速升高,随后下降,D1处理和D2处理不同生育期0~10 cm土层铵态氮量和硝态氮量的平均降幅分别为60.0%~62.0%和40.0%~46.7%。拔节期、抽雄期和灌浆期各土层灌水后D1处理相比D2处理的土壤含水率分别增加了5.9%、8.0%和6.7%,而土壤铵态氮量和硝态氮量随着土层深度的增加而降低。不同生育期硝态氮累积量为拔节期>抽雄期>灌浆期,随着生育期的推进,硝态氮累积量呈降低趋势。土壤含水率及氮素模拟值与实测值的吻合度较高,R2、RMSE和d均介于合理范围内。【结论】玉米生育期120 mm的灌溉定额可有效降低0~60 cm土层的硝态氮累积量,可降低硝态氮在60~100 cm土层的积累量。该研究可为当地灌区合理的水肥调控及灌溉制度的制定提供参考。

基于HYDRUS-2D模型模拟耕荒地水盐运移规律

在野外实测资料的基础上,利用HYDRUS-2D模型对作物生育期耕地与盐荒地间土壤水盐的迁移进行了模拟和分析。结果表明,在强蒸发作用下,盐分在表层土壤中积聚,20、40、70cm土层分别上升了67.23%、62.37%、37.2%。经检验,HYDRUS-2D模型对土壤含水率和含盐率运移的模拟具有较高精度,反映出盐分积聚和水分运移规律。

基于改进的HYDRUS-2D模型暗管排水过程模拟

为了提高HYDRUS-2D模型在暗管排水中的模拟精度,提出了虚拟土层(VSL)和实际开孔面积(AHA)两种方法来代替HYDRUS-2D在暗管排水中的暗管原有渗透边界(PSB)。研究表明:VSL和AHA模型的模拟值与实测值具有较好的一致性;土壤含盐量平方根误差(RMSE)分别为0.757、0.966 g·kg^-1,决定系数(R^2)分别为0.977和0.964;土壤含水率的RMSE分别为0.007、0.008 cm^3·cm^-3,R2分别为0.885和0.794。此外,VSL在模拟排水方面(RMSE=9.48L,R2=0.93)和模拟排盐方面(RMSE=0.225 kg,R^2=0.922)的模拟精度均高于AHA和PSB,可见,VSL更适用于暗管边界。进一步建立了VSL的环宽(RW)与其饱和导水率(Ks)之间的经验公式(R2=0.99,P<0.01),当模拟区域和暗管布局变化时,该经验公式可用于确定VSL的模型参数,其模拟结果可用于指导相关地区的暗管布局。

基于HYDRUS-2D模型膜下滴灌棉田不同上口宽排盐浅沟下土壤水盐运移模拟

本文以膜下滴灌棉田土壤水盐运移为研究对象,根据室内试验参数及田间测坑试验在HYDRUS-2D中建立模型,利用实测值与模型模拟值进行对比,调整模型参数,确定建立模型的准确性。根据已有的模型,对不同上口宽排盐浅沟的排盐问题进行研究,研究生育期膜下滴灌棉田不同深度盐分和水分的变化情况,分析模拟结果对比不同排盐沟的上口宽对土壤排盐效果的影响。为合理制定土壤排盐模式,减少和改良土壤次生盐渍化提供科学的理论依据。

基于HYDRUS-2D模型的膜下滴灌暗管排水棉田土壤盐分变化

为研究膜下滴灌暗管排水条件下棉田土壤盐分变化规律,该研究基于新疆122团盐碱地暗管排水试验,通过膜下滴灌淋洗,监测0~200 cm土层土壤盐分变化,并应用HYDRUS-2D数值模型,模拟分析了暗管排水条件下,盐渍化棉田在2013和2014年生育周期内和秋季返盐阶段土壤盐分变化情况。结果表明:模拟值与实测值之间吻合度较高,模型可用于预测盐碱地土壤层剖面盐分含量变化。模拟结果显示,棉花生育期内滴灌条件下,盐分持续下降;棉花收获后土壤表层开始返盐;2013和2014年棉花吐絮期土壤含盐量与初始含盐量相比,在膜下,0~80 cm土层平均脱盐率分别达到了41.11%和55.56%;膜下及膜间,0~80 cm土层平均脱盐率分别达到了14.05%和17.88%;棉花收获后,土壤表层返盐明显,但与初始含盐量相比仍较低,0~80 cm土体盐分分别平均下降了5.55%和10.15%,0~200 cm土体盐分分别平均下降了2.58%和4.96%,说明暗管控制条件下,使用滴灌淋洗和暗管排盐的模式,土体内的盐分总量呈现降低趋势。研究可为西北内陆干旱区暗管排盐技术和膜下滴灌的推广和应用提供理论支撑和科学指导。

基于HYDRUS-2D模型的玉米高出苗率地下滴灌开沟播种参数优选

开沟播种是一种可显著提高地下滴灌春玉米出苗率的新型播种方式,为了优化该技术模式,该文通过两年田间试验分析了地下滴灌玉米出苗率与灌水后种子处土壤有效饱和度(effective saturation)的关系,并基于HYDRUS-2D构建了地下滴灌开沟播种土壤水分运动模型,以90%玉米出苗率为前提,研究了不同土质和土壤初始含水率条件下3个技术参数——开沟深度、滴灌带埋深和灌水量对种子处土壤有效饱和度的影响。结果表明:1)出苗率随土壤有效饱和度线性递增,土壤有效饱和度不小于0.77时,出苗率超过90%;2)地下滴灌开沟播种HYDRUS-2D模型模拟精度较高,模拟得到的土壤有效饱和度随开沟深度增大而增大,随滴灌带埋深增大而减小;3)满足土壤有效饱和度为0.77所需的出苗水灌水量随土壤黏粒含量、土壤初始含水率和开沟深度增大而减小,随滴灌带埋深增大而增大。当表层土壤初始含水率为40%田持~60%田持时,开沟深度每增加5 cm,砂壤土的出苗水灌水量减小15~20 mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量减小6~18 mm;滴灌带埋深由30 cm增大到35 cm时,砂壤土的出苗水灌水量增大16~21 mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量增大4~14 mm。不同埋深和开沟深度下,当表层土壤初始含水率由40%田持增大到60%田持时,砂壤土的出苗水灌水量减小9~14 mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量减小9~19 mm;4)综合考虑土壤质地、玉米根系分布、机械作业、耗能、耕作深度和土壤水深层渗漏以及土壤初始含水率,玉米地下滴灌适宜的滴灌带埋深为30~35 cm,开沟深度为10~15 cm,灌水量范围为25~67 mm。农业生产者可以根据当地实际情况对以上3个技术参数进行合理配置。

基于Hydrus-2D模型的层状下凹式绿地水文特性研究

下凹式绿地对缓解内涝积水、控制地表径流和污染、美化城市环境等具有重要作用.为了研究下凹式绿地在低渗透性土壤下的水力性能,基于贵阳月亮湖海绵公园的红黏土土壤性质和碎石颗粒级配.依据非饱和土壤水分运动理论,运用Hydrus-2D模型软件,对层状下凹式绿地的雨水蓄积性能进行数值模拟研究.通过设计不同降雨强度0.05、0.08、0.09、1.30 cm/min,分析土壤和蓄水层各因素对层状下凹式绿地雨水蓄积性能的影响.结果表明:低渗透性土壤的土壤饱和含水量(即θmax)是影响层状下凹式绿地雨水蓄积性能最敏感的参数;增大蓄水层骨料粒径和蓄水层深度可有效增加层状下凹式绿地的蓄排水性能.

基于Hydrus-2D模型的膜下滴灌对降雨入渗影响研究

膜下滴灌是地膜栽培技术与滴灌技术的有机结合,膜下滴灌在减少灌溉需水的同时,覆膜及起垄影响了农田土壤水的入渗、蒸发和运移等过程。本文运用Hydrus-2D模拟软件分析、研究覆膜和起垄对降雨入渗的影响规律及作用机理,对地下水资源合理开发利用具有现实意义。

基于River 2D模型的黄河花园口河段生态流量研究

针对目前生态流量研究方法难以充分考虑鱼类栖息地等生境因素的问题,以黄河花园口鲤鱼核心保护区为研究区域,选取黄河鲤鱼为研究物种,基于耦合水动力学模型和栖息地模型的River 2D模型确定黄河鲤鱼的生态流量,将水深和流速作为鱼类生存保护的限定性因子,采用栖息地模型模拟不同流量下对应的黄河鲤鱼的适宜栖息地面积。计算结果表明:花园口河段鲤鱼产卵期的最小生态流量为230 m^(3)/s,生长期的最小生态流量为430 m^(3)/s,越冬期的最小生态流量为150 m^(3)/s。计算结果可以为花园口核心鱼类保护区的鱼类保护以及黄河小浪底水库的生态调度提供参考。

HYDRUS-2D模型对海冰水灌溉情景下水盐迁移的模拟

环渤海滨海地区土地盐碱、淡水资源紧缺,严重制约区域经济持续快速发展。非常规海冰水资源利用的深入研究为盐碱地改造、粮食稳产丰产提供了新途径。本文利用HYDRUS数值模拟的方法对3g/L海冰水灌溉进行模型模拟与验证,验证结果表明模型具有较好的可靠性;选择春季作物需水关键期141d为情景灌溉日,灌溉量采用0m3/hm2、300m3/hm2、600m3/hm2、1200m3/hm2、1800m3/hm2,分析表明:海冰水灌溉量为1200m3/hm2时耕层土壤水分含量达到饱和,耕层盐分含量不再会随灌溉量的增加而增加,海冰水灌溉量≥1800m3/hm2时,部分盐分可淋洗到1m层以下。本文旨在利用数值分析方法揭示研究区春季海冰水农业利用在灌溉量上的关键性技术,以期为科学合理的利用海冰水资源提供参考。

基于2D人体图像特征学习的女西装合体性判别

为解决服装远程定制和网络购衣过程中服装合体性无法预先判断的问题,文章提出利用2D人体图像判断女西装合体性。首先采集了462名18~25周岁青年女性的2D图像及3D尺寸,建立人体数据集。并制作10件虚拟女西装,建立服装数据集。其次提取用于女西装合体性判别的服装特征、2D人体图像关键点距离特征和整体特征。基于感性工学原理,采用专家评价法获取女西装合体性评价标签。最后利用贝叶斯分类器建立女西装合体性判别模型。研究结果显示,将文章提出的特征应用于基于贝叶斯算法的女西装合体性判别模型判别准确率可达到84.8%,说明提出的服装合体性评价指标有效,可以用于基于2D图像的服装合体性预测。

基于HYDRUS-2D盐荒地干排盐作用模拟研究

【目的】探究河套灌区典型区域在干排作用下的排盐量及耕地盐分向荒地运移所需的容泄区。【方法】于2017—2018年开展田间定位监测试验,建立二维饱和-非饱和土壤水盐迁移模型,利用HYDRUS-2D模型研究向日葵农田灌溉制度下的土壤盐分向荒地的迁移量及迁移范围。【结果】耕地与所需承载盐分的容泄区面积之比介于1.48~1.53,耕地全年向荒地的排盐量1.98~2.06 t。【结论】耕地盐分向荒地运移所需的容泄区范围取决于耕地面积及其占整个区域面积的比例,研究结果可为调节区域水盐平衡和盐荒地土壤改良提供科学依据。

Hydrus-2D模拟起垄覆膜处理对夏玉米生育期水量平衡的影响

为探究起垄和覆膜处理对辽西北半干旱区夏玉米生育期水量平衡的影响,该研究在建平县节水灌溉试验站将田间试验与Hydrus-2D模拟相结合,探究各典型年夏玉米生育期水量平衡的变化规律。结果表明:Hydrus-2D模型能够有效地对起垄和覆膜处理后夏玉米生育期的下垫面降雨入渗过程进行模拟,各下垫面实测值与模拟值的R^(2)均不小于0.87,均方根误差均小于0.01 cm^(3)/cm^(3);覆膜后各典型年的蒸发量平均减少52.24 mm,蒸腾量平均增加31.84 mm;覆膜会抑制多日持续降雨期间的深层渗漏速率,促进单日超过40 mm降雨的雨后深层渗漏速率;覆膜能减少作物生育期的农田耗水量(蒸发量,蒸腾量和深层渗漏量之和),使各典型年的平均农田耗水量减少25.74 mm,增加覆膜垄作处理的覆膜宽度能够进一步减少作物生育期的农田耗水量。因此,在辽西北半干旱区进行起垄和覆膜对缓解该地区的农业缺水紧张情势,丰富农田生育期水分转化结构的相关理论具有重要作用。

基于HYDRUS-2D和SHAW模型联合模拟确定膜下滴灌农田秋浇定额

针对季节性冻融区膜下滴灌农田因水盐空间分布极度不均匀且受冻融影响显著而无法有效确定秋浇定额这一问题,基于田间试验数据,采用HYDRUS-2D和SHAW模型联合模拟,进行引黄灌溉条件下膜下滴灌农田不同秋浇定额下土壤水盐运移动态模拟,研究其单年际和多年际秋浇定额。结果显示:(1)单年际秋浇时,轻度盐渍化土壤,推荐秋浇定额为1 100 m^(3)/hm^(2);中度盐渍化土壤,推荐秋浇定额为2 100 m^(3)/hm^(2);重度盐渍化土壤,仅以改良土质为目的时推荐秋浇定额为2 500 m^(3)/hm^(2)。(2)多年际秋浇时,非盐土至少每3年进行一次秋浇,3年1灌时推荐秋浇定额为2 000 m^(3)/hm^(2),2年1灌时推荐秋浇定额为1 350 m^(3)/hm^(2),轻度、中度和重度盐渍土必须每年秋浇。

基于改进River2D模型的呼兰河干流生态流量研究

为探究呼兰河干流生态流量并作为流域生态调度的依据。采用改进的River2D模型,将河道水动力模型和鱼类栖息地模型相耦合,模拟呼兰河干流七星鱼最适宜栖息地面积时所对应的河道流量范围。为了获得更好的栖息地模拟效果,将原有River2D模型中的河道基质偏好性替换为指示性物种对水质的偏好性,这样在进行河道基质变化范围较小和鱼类对水质偏好性较为明显的河流生态流量研究时,模拟的效果更好。基于改进的物理栖息地模块,运用River2D中的二维水动力模型模拟呼兰河干流不同流量工况下的流速、水深和适宜性栖息地分布情况,作流量-适宜性栖息地面积关系曲线,得到七星鱼枯水期、平水期和丰水期的适宜生态流量值分别为2.75、8.25和27.5 m^(3)/s,适宜生态流量范围是2.75~27.5 m^(3)/s。基于改进River2D模型得到的呼兰河干流七星鱼生态流量范围和Tennant法的评价范围相吻合,认为研究结果是合理的,能够为呼兰河干流七星鱼的保护和生态调度提供参考。

基于集合卡尔曼滤波同化方法和HYDRUS-1D模型的土壤水分模拟

研究建立了一个基于集合卡尔曼滤波方法和HYDRUS-1D模型相结合的数据同化方案,利用2021年4月26日—10月5日内蒙古巴彦淖尔五原站0~80 cm的土壤水分观测数据进行模拟验证,以提高土壤水分的模拟精度。结果表明:(1)集合数大小和观测误差的选取对同化系统性能有较大影响。集合数在100以上,土壤含水量的同化精度不再有明显提高。观测误差越小土壤水分模拟精度越高,因此观测误差为0.025时的同化精度最高。(2)数据同化后,各层土壤水分模拟精度较同化前均有明显提高,各层土壤水分同化值与观测值间的相对误差、均方根误差、平均绝对误差分别减少至0.025~0.063、0.01~0.017 cm^(3)·cm^(-3)、0.008~0.016 cm^(3)·cm^(-3)。证明数据同化方法能够有效改善土壤水分模拟效果。(3)0~20 cm土壤水分同化效果最好,20~40 cm次之,40~80 cm土壤水分同化效果较差。模拟精度分析值优于同化预报值,同化预报值优于HYDRUS-1D预报值。

基于Hydrus-1D模型的淮北平原冬小麦地潜水蒸发规律

选取淮北平原五道沟水文水资源实验站作为研究区,评价Hydrus-1D模型在淮北平原冬小麦地潜水蒸发过程模拟的适用性,并探讨不同降水条件下冬小麦各生育期潜水蒸发规律。结果表明,基于Hydrus-1D模型模拟的潜水蒸发过程与基于水量平衡和Bouchet互补关系理论的潜水蒸发变化过程基本一致,相关系数为0.82、绝对误差为0.04 mm/d、相对误差为12.4%;冬小麦生育期潜水蒸发量受降水条件影响,当降水量偏多时,潜水蒸发总量较大;从冬小麦各生育期的潜水蒸发量来看,灌浆期-成熟期>抽穗期-灌浆期>拔节期-抽穗期>返青期-拔节期。研究结果可为制定淮北平原合理灌溉制度提供理论依据。

基于均匀网络的大学生IG2D2谣言传播模型研究

随着上网方式的便捷和网络平台规模的扩大,谣言在网络平台上获得了得以滋生的土壤,各类谣言层出不穷。为了应对这一现状,以高校学生群体作为研究对象,对其群体特征进行一定的分类与表现描述,在经典SIR传染病模型中融入复杂网络等交叉学科知识,提出了均匀网络结构上具有6种状态的IG2D2谣言传播模型。制定了模型的传播机制,在此基础上研究4类大学生群体中谣言传播过程的不同性,通过各类仿真实验中的数据支持及理论支撑,验证了该模型对现实谣言传播的适用性,并针对不同大学生群体提出了新的相应辟谣策略。

CASC2D分布式水文模型异构并行算法研究

针对CASC2D模型精细化水文模拟时面临的计算耗时长、效率低等问题,在保持产汇流算法和流域拓扑结构的基础上,采用CPU+GPU的异构并行算法对CASC2D模型程序进行重新设计和优化,模型程序中的降雨、产流、坡面汇流和河道汇流过程均优化为并行计算,以提高CASC2D模型的计算效率。将优化后的CASC2D模型应用于前毛庄流域的洪水流量过程模拟,计算结果与原CASC2D模型保持一致。在栅格分辨率为30 m,计算步长为3 s时,与原CPU串行计算方法相比,并行加速比达到34倍以上,并且栅格单元数据精度越高,加速比提升越明显。异构并行算法可在不降低模拟精度的条件下显著提升CASC2D模型的计算效率,满足实时水文预报的应用需求。

基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动模拟

为研究负压微润灌不同技术参数组合下的土壤水分运动过程,以土箱试验实测含水率为依据,构建并验证了基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动反演模型,并结合反演模型对负压微润灌多种组合情景的土壤湿润体模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,探究适宜于不同设施作物的负压微润灌技术参数组合。结果表明:采用HYDRUS-2D反演模型能够较好地模拟负压微润灌不同供水水头条件下的土壤湿润体特征,土壤湿润距离(水平距离、垂直向上距离和垂直向下距离)、含水率及累积入渗量模拟值与实测结果之间的决定系数和NSE分别达到0.98和0.77以上。试验及模拟结果均表明,负压微润灌条件下供水水头与土壤含水率、累积入渗量及不同方向的湿润距离均呈负相关关系。此外,基于反演模型对负压微润灌不同湿润体的情景模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,拟定了不同设施作物适宜的负压微润灌技术参数范围。本研究对农业生产中负压微润灌技术参数的选择及新型节水微润灌技术的推广具有指导意义。