堆积碎石土斜坡浅表入渗的空间分布与变异性研究

为探究强降雨下堆积体斜坡入渗参数的空间分布与空间变异性,通过筛分试验及双环入渗试验分别对堆积体斜坡试验点不同粒径区间碎石质量分数、碎石土渗透系数、饱和渗透系数、不同深度碎石土含水率进行测量,对数据进行普通Kriging插值统计分析,运用交叉检验选定合理理论模型与参数,获得其空间分布与变异性特征。研究结果表明:测试区碎石土入渗符合Kostiakov模型;不同粒径区间碎石质量分数采用高斯半变异函数理论模型空间插值精度最高,碎石土渗透系数和不同深度碎石土含水率采用球状半变异函数理论模型空间插值精度最高;粒径大于10 mm碎石主要分布于坡顶与坡腰区域且使该区域碎石土渗透系数的空间变异性相对较大,细小碎石(粒径2~10 mm)则聚积在坡脚位置,碎石土渗透系数速率沿坡面由上至下呈逐渐减少的空间分布趋势;浅土层(0~15 cm)坡腰含水率比坡顶、坡脚要高,而深土层(15~25 cm)坡脚含水率比坡顶、坡腰要高,且随深度增加缓慢上升。研究结果可作为碎石土滑坡降雨致滑的理论参考依据。

基于O-ring统计的公路边坡土壤优先流路径分布分析

引入优先流理论分析氯盐污染物在边坡土壤中的迁移机制,对揭示公路工业盐污染物迁移规律和保护路域环境具有重要意义。以鹤大高速低路基公路边坡土壤为例,采用染色示踪试验对土壤优先流路径的位置进行确定,并应用景观生态学中的空间点格局分析方法O-ring统计,对不同影响半径土壤优先流路径水平分布特征及其空间关联性进行分析。结果表明:边坡土壤优先流路径发育深度可达40 cm;相同影响半径优先流路径的数量随着土层深度的增加而减少,同一土层优先流路径的数量随影响半径的增大逐渐减少;随着影响半径的增加,聚集分布趋于显著;不同影响半径的优先流路径之间的关联性相对独立。O-ring统计,能从统计学角度量化分析土壤优先流路径的分布特征,丰富了优先流的研究方法。

水蚀风蚀交错带坡面土壤入渗特性的空间变异及其分形特征

研究在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心陕北神木县六道沟流域进行.在一个自然完整坡面上网格布点,采用双环定水头入渗法研究了坡面土壤的入渗特性,在应用传统统计学方法的基础上,将分形理论和地统计学方法结合起来对坡面土壤入渗特性的空间变异进行了研究.获得以下结论:(1)稳定入渗率、平均入渗率和前30 min累积入渗量等三个参数的变异系数分别为0.48、0.36与0.40,在坡面上的变异程度属于中等变异性;(2)三个参数的分维值D分别为1.88、1.92与1.85,样本之间土壤特性值的差异较小,短距离的变异影响占主导地位;(3)研究的土壤在一定的空间范围内具有分形特征.稳定入渗率、平均入渗率与前30 min累积入渗量的自相关范围分别为20～120 m、20～140 m与40～100 m.

土壤入渗特性和田面糙率的变异性对沟灌性能的影响

以杨凌区粘壤土和砂壤土区域进行的大田沟灌试验为基础,在假定各灌水沟内部土壤入渗特性和糙率均一的条件下,重点分析各灌水沟之间土壤入渗参数和田面糙率的不同组合对沟灌水流运动过程和灌水质量的影响,结果表明土壤入渗特性的变异性对沟灌水流推进过程和灌水质量指标影响较大,在模拟时必须充分考虑;而田面糙率的变异性对沟灌水流推进过程和灌水质量指标影响较小,可采用田块糙率均值代替各灌水沟的糙率。经实例验证,水流推进过程相对误差为7.28%,灌水效率、灌水均匀度和储水效率模拟值与实测值误差分别为5.74%、6.18%和4.07%,结果表明其模拟效果较好。

杨凌区土壤入渗特性的空间变异特征研究

为揭示杨凌区黏壤土区域土壤入渗特性的空间变异特征,通过在该研究区内进行的44组大田土壤入渗试验为基础,采用标定理论与地统计学相结合的方法,对Philip入渗公式进行了标定,并分析了标定因子和土壤累计入渗量的空间变异特征。结果表明:在研究区内基于土壤稳渗率A计算的标定因子aA标定效果最优;aA的变异系数为0.257 5,属于中等变异强度,且服从对数正态分布;aA的空间变化呈现二阶趋势,块金值与基台值的比值为0.228 0,表明其具有强烈的空间相关性。普通Kriging插值结果显示所有测点的aA和90 min累计入渗量空间分布特征具有高的一致性,并在此基础上,将aA和30 min、60 min、90 min累计入渗量预测值与实测值进行了比较,其两者的误差绝对值均值分别为12.25%、28.15%、25.56%和24.57%,结合实际情况,可认为该方法的预测结果是完全可以接受的。

基于GIS的九寨沟县域土壤养分空间变异特征

利用地统计学方法和GIS技术研究了四川省九寨沟县土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾和p H的空间异质性。结果表明,土壤有机质、全氮含量丰富,处于一级水平;碱解氮、速效磷、速效钾和p H的空间异质性相对较大,碱解氮含量均值为89.95 mg/kg,速效磷含量均值为36.83 mg/kg,速效钾含量均值为144.70 mg/kg,p H均值为7.91。提出应增施碱解氮肥、分类施用钾肥和磷肥,注意补充养分与调节相结合,并采取相应的措施调节土壤酸碱度。

土壤特性空间变异对降雨下渗影响的统计理论研究

本文利用饱和土壤导水率K_5的对数正态特性,通过函数转换方法建立了降雨下渗中积水时间f_p的分布和两个统计特征值(即平均下渗率及估计方差)的表达式。研究了土壤特性空间变异对降雨下渗的影响。结果表明,土壤特性空间变异程度越大,影响越大,在产流计算中如果不考虑这种影响,将会引起较大误差。

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。

田间尺度土壤入渗规律和空间变异性研究

为了探究北京市大兴区内典型土壤的入渗规律及其影响因素,采用双环法测定大兴基地36个试验点的土壤水分入渗过程,并分别利用Kostiakov、Horton和Philip模型对土壤入渗特征参数进行拟合,同时运用经典统计学和地统计学方法分析入渗模型的回归系数、计算特征参数的统计值、揭示特征参数的空间变异规律。研究结果表明Philip模型可以作为研究区域最优入渗模型,其相关系数的均值达到0.934,各入渗特征参数的概率分布均服从正态分布或对数正态分布。入渗特征参数具有中等或强烈的空间相关性,说明随机性因素对土壤的空间变异影响较小。基于Kriging插值法得到特征参数的空间分布规律,特征参数由西向东呈现一定的递增趋势。

基于地统计学的伊犁河谷西部霍城县平原区地下水特征空间变异性分析

运用经典统计学及地统计学的方法,对伊犁河谷西部霍城县平原区地下水化学及空间变异特征进行研究。结果表明:HCO_3^-和Ca^(2+)是主要的水化学特征离子,含量稳定;从山前到下游平原区水化学分带性较明显,水化学类型由HCO_3-Ca-Mg渐变为HCO_3-SO_4-Ca型,最终过渡为HCO_3-SO_4-Ca-Mg型;地下水埋深和TDS主要受以自然条件为主的结构性因素影响,表现为强空间变异性,变异曲线分别符合指数模型和球状模型;埋深的空间分布更为均匀连续,自北向南呈带状变化;TDS与埋深在空间分布上存在一定相关性,高矿化度区均分布在地下水的浅埋区。