基于圆盘渗透仪常用计算模型的比较和分析

圆盘渗透仪已成为一种常用的田问测定土壤导水参数的仪器，基于圆盘渗透仪在某一选定点测量的入渗时间以及与入渗时间相对应的入渗量，利用一些常用的计算模型来计算低基模吸力土壤表层的导水参数，如吸水系数、导水率和宏观毛管上升高度等。本研究在总结一些常用的计算模型的基础上，并结合实验和模拟的数据对其进行比较和分析，为利用圆盘渗透仪进行土壤水力特性的估算提供了一定的参考作用。     

土壤入渗参数的线性传输函数研究

基于大田耕作土壤水分入渗参数及其相关土壤理化参数的测定资料,依据土壤水分入渗参数与其相关土壤理化参数之间的相关性,建立了土壤水分入渗参数与常规土壤理化参数土壤水分入渗参数间的多元线性线性传输函数,预测值的相对误差可控制在18.45％以下。研究表明借助多元线性传输函数,用土壤常规土壤理化参数预测土壤入渗参数是可行的,为获取土壤水分入渗参数提供了一种新的途径。     

土壤环式入渗仪测量效果分析

土壤入渗率的测量受到广泛关注与研究。环式入渗仪是目前广泛应用的土壤入渗性能测量仪器之一。模拟降雨法和双环法是目前测量土壤入渗的常用方法,圆盘入渗仪多用于测量土壤的饱和导水率。大量测量结果表明,环式入渗仪测量得到的最可靠结果是土壤稳定入渗率,但结果远高于人工降雨测量结果,说明环式入渗测量方法并不准确。环式入渗仪入土过程中,环与土壤间的缝隙为土壤水入渗,提供优先路径是造成测量结果远高于土壤本身入渗性能的重要原因。环式入渗仪测量过程中采用的时间步长偏大是产生入渗率偏大的另一原因。采用数值计算方法分析了计算入渗赋值方式和时间步长对测量得到的土壤入渗性能曲线的影响,具体估算了不同时间步长和赋值方式下,在入渗初期可能引起的入渗测量误差。     

土壤入渗传输函数输入变量分析

依据土壤水分入渗参数与其相关土壤理化参数之间的相关性,从土壤学的角度用物理的方法分析应县土壤常规土壤理化参数对土壤入渗传输函数影响程度,进一步确定其土壤入渗传输函数的输入变量。并用大田耕作土壤水分入渗参数及其土壤理化参数的实测资料,建立土壤入渗传输函数进行验证。     

原状土入渗性能自动检测装置设计

为解决双环入渗仪只能测定原状土的渗透速度,而无法测定原状土入渗湿润锋的运移规律和入渗过程中不同高度的土壤水分含量等问题,提出了一种基于频域反射法土壤水分传感器测量原状土入渗湿润锋运移规律和不同高度土壤水分含量的方法,采用arduino mega 2560单片机开发板采集土壤水分传感器检测得到的数值,设计了圆盘式底座的原状土入渗性能检测装置,土壤水分传感器安装在检测装置上,arduino mega 2560单片机开发板能够根据检测得到的数据判定原状土入渗湿润锋的运移的位置,并根据控制策略驱动检测装置,使土壤水分传感器进入下一位置进行检测,也能够对原状土入渗过程中不同位置的土壤水分含量进行连续检测。为研究原状土的入渗过程中湿润锋的运移规律和水分迁移提供参考。     

紫鹊界梯田区不同土地利用类型土壤入渗特征研究

采用压力仪和盘式入渗仪测定了紫鹊界梯田区域不同土地利用类型土壤的水分入渗特征并应用多种计算理论推算其水分运移参数。结果表明,林地和退耕地土壤持水能力比旱田和水田强,在相同吸力条件下林地和退耕地的含水率平均比旱田和水田分别高28%和55%;不同土地利用类型对土壤水分累积入渗量、土壤吸渗率和导水率有着较大的影响,其值均按照林地、退耕地、水田、旱地的顺序依次增大;研究结果初步揭示了紫鹊界土地利用类型对梯田区土壤水分运移机理影响。     

产渗流土壤入渗性能测量仪的设计及应用

设计了一种在降雨、径流和侵蚀影响作用下测量土壤入渗性能的入渗仪,该装置由针头式降雨部分、下垫面产流集流部分和观测部分组成。与传统双环入渗仪比较表明：产渗流入渗仪可以测量降雨初期数值较高的土壤入渗性能,从降雨开始完整地测量土壤入渗性能变化全过程。降雨初期测量土壤入渗率大于双环法测量结果,随着雨强的增大,土壤入渗性能降低速度也随之加快。     

土壤水分入渗参数的非线性预报模型

以山西地区黄土高原区土壤为研究对象,通过实施大量大田耕作土壤水分入渗试验,获取了Kostiakov二参数入渗模型参数的实测大样本,建立了各个土壤水分入渗参数与土壤理化参数间的非线性关系模型;通过MATLAB软件,实现了Kostiakov入渗模型系数的求解。结果表明,常规土壤理化参数土壤含水率、体积质量、粉粒、砂粒和有机质质量分数作为非线性预报模型的输入参数是合理的,所建立的非线性关系模型高度相关,预测参数的实测值与预测值的相对误差可控制在8%以下。因此,用土壤常规理化参数对土壤水分入渗参数进行非线性预报是可行的。     

基于支持向量机的土壤水分入渗参数预测研究

为解决土壤水分入渗能力的空间变异性问题,以方山、河津、泽州等地土壤入渗试验为背景,选用两参数Kostiakov入渗模型,建立以土壤密度、体积含水量、黏粒和有机质含量等土壤理化参数为输入变量,土壤水分入渗参数为输出变量的土壤传递函数。通过对入渗参数k、α的土壤理化参数影响因子分析,表明土壤理化参数与土壤入渗参数间存在着相关关系。在此基础上,运用支持向量机理论,将入渗参数的非线性回归问题转化为一个二次凸规划问题,建立了土壤入渗参数k、α的预测模型,通过对预测样本的误差分析,表明基于支持向量机土壤水分入渗参数预测模型的预测效果良好,可实现土壤传递函数的有效建立。     

红枣经济林不同植被覆盖土壤水分入渗特征

【目的】模拟不同植被覆盖土壤水分入渗过程并选择该研究区的最适模型。【方法】采用野外双环入渗试验方法,测定了不同植被覆盖下土壤水分入渗特征,采用Philip模型、Horton模型、Kostiakov模型对不同植被覆盖区土壤水分入渗过程进行拟合。【结果】①不同植被覆盖区土壤水分入渗速率均表现为初始入渗速率最大,平均入渗速率次之,稳定入渗速率最小;②自然生草区土壤初始入渗速率最大,清耕区土壤的平均入渗速率和稳定入渗速率最大,且清耕区与自然生草区土壤初始入渗速率、平均入渗速率和稳定入渗速率均差异显著;③Horton入渗模型对不同小区土壤入渗过程拟合效果最好,Philip入渗模型拟合效果次之,Kostiakov入渗模型拟合效果最差。【结论】红枣经济林不同植被覆盖下土壤水分入渗特征具有显著差异,Horton入渗模型更适合研究该区域红枣经济林土壤水分入渗过程。     

Philip入渗模型参数的非线性预报模型

利用黄土高原区大田耕作土壤的水分入渗试验过程资料,拟合了Philip入渗模型参数,建立了以土壤体积含水率、干密度、粉、黏粒含量和有机质含量等土壤理化参数为输入变量,Philip入渗模型参数为输出变量的土壤传递函数,通过对函数的分析、检验,建立了土壤入渗参数S和A的多元非线性预测模型;在此基础上,运用灰色关联分析理论,将各输入变量进行了灰色排序。研究表明:用土壤体积含水率、干密度、粉粒含量、黏粒含量和有机质含量作为预报模型的输入参数可实现对入渗参数的预测,预测参数实测值与预测值之间的相对误差可控制在8%以下,所建立的非线性预测模型高度相关。     

土壤点源入渗测量仪在山坡林地应用中的改进

为解决山坡林地环境下土壤点源入渗测量法判读困难、自动测量数据误差值较大的问题,添加了人工识别功能以提高试验精度.使用改进后的土壤点源入渗测量仪对衡山山坡林地进行入渗率测量,通过入渗影响因素和拟合分析对入渗结果进行分析,结果显示所测入渗率与土壤特征所反映的入渗规律和拟合结果均相符,验证了土壤点源入渗测量法在林地测量中的可行性,进一步扩展了点源入渗测量仪的测量范围;改进后的土壤点源入渗仪使用人工识别功能所减少的试验误差值在0.3%~31.0%,极大提高了山坡林地入渗率测量的准确性.     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

基于winSRFR河套灌区小麦不同面积不同生育期的入渗参数和糙率的研究

为了研究小麦不同生育期土壤入渗参数和田面糙率的规律,采用国内外学者对测定土壤入渗参数和田面糙率的方法和模型,根据春小麦不同生育期的水流推进和消退的实测数据,借助win SRFR模型,通过模拟灌溉过程,总结了河套灌区小麦不同畦田面积不同生育期的入渗参数和糙率的规律。结果表明:1春小麦田面糙率的变化范围为0.12~0.17;入渗系数的变化范围为47.78~75.03 mm/hα;入渗指数的变化范围为0.26~0.57。2田面糙率的变化规律总体表现为灌浆期分蘖期孕穗期拔节期,春小麦入渗参数随着小麦生育期逐渐减小,其规律为分蘖期拔节期孕穗期灌浆期。3数据经Sigmaplot显著性分析得出:入渗参数各生育期互相都有显著差异,而糙率在各个生育期除了孕穗期与分蘖期和拔节期无显著性差异其他都有显著差异。     

深松耕作对土壤物理性状和入渗性能的影响

为探讨深松耕作对华北平原地区土壤物理性状和水分入渗性能的影响,采用双环(APM)、入渗仪等试验材料,研究了深松(40 cm)+旋耕(PS)和仅旋耕(CK)2种耕作方式对冬小麦全生育期土壤物理性状及入渗特性的影响.结果表明:冬小麦全生育期,PS处理(0,40]cm土层土壤容重、紧实度较CK分别降低6.58%,31.29%,土壤含水率较CK增加12.11%;PS处理20,40 cm深度土壤饱和导水率较CK分别显著提高116.65%,83.69%,60 cm深度土壤饱和导水率较CK提高8.25%;PS处理土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量畦灌前较CK分别提高21.52%,31.75%和11.56%,畦灌后较CK分别提高61.54%,68.42%和12.63%,差异具有统计学意义;采用4种入渗模型对入渗试验进行了比较,其中,Kositiakov入渗模型能够较好地对各处理进行拟合,决定系数R 2在0.92~0.96,得到了不同处理畦灌前后的入渗系数a和入渗指数b.研究结果可为不同耕作方式模拟畦灌过程、确定畦灌最优灌水技术参数提供参考依据.     

优化技术在土壤入渗参数计算中的应用

对优化技术在入渗参数计算中的应用进行了研究,选取Kostiakov、修正的Kostiakov、Philip、Horton、Collis-George5个入渗模型,利用甘肃省3个大型灌区的实测资料计算了入渗参数,用剩余平方和对计算精度进行评价,结果表明,Collis-George模型、修正的Kostiakov模型较目前常用的Kostiakov模型能更好地描述这3个灌区的土壤入渗特性。     

土壤紧实度估算G-A模型参数的空间变异分析

为了分析土壤入渗空间变异特征并为灌溉系统设计和管理提供依据,基于土壤初始重量含水率、土壤紧实度、土壤黏粒含量和入渗过程数据,利用多元线性回归方法,分析选用土壤紧实度对简化的G-A入渗模型参数进行估算的合理性;通过半方差函数分析,进一步探讨了不同畦田规格下土壤入渗空间变异特征.结果表明:土壤紧实度与土壤质地、结构和含水率关系密切,在与土壤入渗参数的回归关系中达到了系统的显著性要求,采用其对简化的G-A入渗模型参数进行估算是可行的;畦田规格由0.5 hm2扩展到3.0 hm2时,简化的G-A入渗模型参数的变异系数均在0.1~1.0,空间变异程度呈中等,空间结构具有中等相关性,且都可用球状模型进行描述,畦田规格差异对G-A入渗模型参数空间变异程度和空间结构影响不具有统计学意义.     

冻融土壤Philip入渗模型参数的BP预报模型

为提高季节性冻土区冬、春季储水灌溉的灌水质量和效果,在季节性冻土区冻融期间进行了大田冻融土壤的系列入渗试验,获取了自然冻融条件下的大量土壤入渗试验数据,拟合得到了不同冻融条件下的Philip入渗模型参数,建立了入渗模型参数与土壤基本理化参数间的BP神经网络的预报模型,实现了基于土壤体积含水率、黏粒含量、土壤密度、土壤温度以及灌溉用水水温等基本理化参数对Philip入渗模型参数稳渗率A、吸渗率S的预报。所得到的预测值与实测值之间相对误差的平均值控制在7%以内。研究表明,利用冻融土壤条件下土壤常规理化参数对Philip入渗模型参数进行预报是可行的,可为季节性冻融土壤灌溉技术参数的确定提供有力支撑。     

基于多水头稳态入渗的土壤参数求算方法研究

基于单环入渗理论,推导出了多水头稳态入渗条件下土壤水入渗参数的求算方法,分析比较了双水头与多水头方法测量的入渗参数的差异.结果表明,多水头方法比双水头条件下获取的饱和导水率稳定性强、变异性弱,与多个双水头求算结果的均值十分接近;多水头下的测量结果与多个双水头均值有很好的线性相关性;双水头入渗中,积水深度相差10和15 ...     

改进的圆盘渗透仪计算模型

圆盘渗透仪是一种目前常用的田间测定土壤导水参数的仪器，利用测量得到的入渗数据，国内外学者推导出了一系列推导土壤导水参数的计算方法。这些方法经过逐步改进，日趋成熟。本研究主要是针对Zhang模型中不能准确估计宏观毛管上升高度的缺点，用Philip的导水率曲线代替Ankeny 等方法的近似公式来改进Zhang模型，用大量的模拟和实验的数据对比分析现有方法和新方法，新方法提供了更精确的估计值。