基于SGA和SRFR的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型(Ⅰ)——模型建立

利用基于地表非稳定流运动方程的地面灌溉模型对畦灌性能进行分析评价是改进传统地面灌溉方式、提高畦灌性能的重要举措,而准确地确定畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数是改善畦灌性能模拟精度的重要前提。本文基于基本遗传算法SGA和地面灌溉一维模型SRFR建立的畦灌土壤入渗参数与田面糙率系数优化反演模型,可在给定的参数值域范围内开展多参数全局性寻优,利用计算机动态解析技术对SRFR模型执行程序进行解析处理,建立SGA与SRFR模型间的内部运行衔接方式,实现畦灌土壤入渗参数与田间面糙率系数优化反演过程的自动化运作,进而有效提高了参数寻优估值的工作效率。

基于SGA和SRFR的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型Ⅱ——模型应用

利用作者开发的基于SGA和SRFR模型构建的畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数优化反演模型,在不同田间灌溉实例条件下进行参数优化估值,分析评价依据地表水流推进(消退)数据估算得到的土壤入渗参数和田面糙率系数进行畦灌地表水流运动过程模拟的效果。结果表明,利用基于地表水流推进数据估算的参数可很好地模拟非稳定状态下的水流推进过程,但其模拟地表水流消退过程的效果却普遍较差,而采用基于地表水流消退数据估算的参数虽可较好地模拟稳定状态下的水流消退过程,但用其模拟水流推进过程的精度却有所下降,只有采用基于地表水流推进与消退组合数据估算的参数,才能获得较佳的综合模拟效果。与人工试算法和离散变量法估算的参数相比,基于SGA优化估值参数模拟的畦灌地表水流运动过程效果更好,SGA是改善参数估值精度的有效手段。

畦灌糙率系数的变异规律及其对灌水质量的影响

糙率系数是地面灌溉设计和管理的基本参数之一。为了更好地进行地面灌溉系统的设计和管理,研究了畦灌糙率系数的变异规律,并分析了其对灌水效果的影响。在110m的畦田长度上,观测了水流推进过程及沿程各点的水深,采用曼宁公式的数值解法估算了26条畦田的田面糙率系数,分析了其变异规律,评价了糙率系数对灌水质量评价指标的影响。结果表明,裸地畦田的平均糙率系数在0.038左右,其变异程度为中等强度。对试验区域内各畦田灌水模拟结果显示,当采用平均糙率系数模拟灌水效果评价指标时,与采用各畦田实际糙率系数相比,灌水效率指标最大相对误差达6.48%,灌水均匀度最大相差66.67%。因此,在实际地面灌溉设计与管理中,糙率系数的这种差异性不可忽略。

田间曼宁糙率系数的推求

曼宁糙率系数是描述地表水流运动的重要参数之一，但目前对于特定地块表面糙率的确定尚没有一种理想的方法。本文提出了一种根据田间水流推进资料来计算曼宁糙率的新方法。该方法以水量平衡原理为基础，用迭代法求解。经在不同地区、不同土壤类型和地面状况的田间观测数据验证，结果令人满意。

基于畦灌水流推进过程推求田面平均糙率的简化解析模型

基于水量平衡模型,通过引入畦灌下渗水形状系数、地表储水形状系数,并分析了两系数的变化规律,发现下渗水形状系数受地表水推进过程中的推进距离和时间的幂指数影响很小,可用一个稳定值计算,由此建立了基于水量平衡法的畦灌时反推田面糙率简化模型.结合大田试验和相关资料对模型进行检验,表明该模型具有严谨的物理基础,计算求解方便,精度较高的优点,可用于畦灌时田面糙率的确定.

基于水量平衡的膜孔畦灌水流推进过程研究

通过引入地表储水形状系数和试验分析膜孔灌土壤入渗参数,基于水量平衡原理研究膜孔畦灌水流推进过程中入畦水量是由地表储水量、膜孔入渗水量和损失水量组成.结合田间水流推进试验,量化计算膜孔畦灌水流推进过程中损失水量与入畦流量的比值及灌溉水的有效利用率,并分析得出损失水量是由膜上积水和沿膜孔湿润体周围二维入渗的水量组成,沿膜孔湿润体二维入渗的水量提高了灌溉水的有效利用率,从而实现了水资源的高效利用,为推进膜孔灌的大田推广和发展提供技术依据,对发展节水农业和构建节水社会有一定的创新性.