区域尺度下土壤入渗特征参数的空间变异性研究

以华北平原中等区域尺度下农田土壤作为研究对象,利用双环入渗仪测定土壤入渗曲线,并利用经典入渗模型来率定入渗特征参数,同时采用经典统计学和地统计学方法来研究区内土壤入渗参数空间变异性特征。结果发现:适宜于该区域土壤入渗特征参数计算的是Horton和Kostiakov模型;各入渗特征参数具有中等的变异程度并服从正态分布。在区域尺度内各入渗特征参数空间变异程度受空间异质性影响较大,各入渗参数的空间自相关距离在2 979.12~4 079.11m。利用Kriging插值结果分析表明:区域上农田土壤入渗参数受到人为随机性影响较大,空间上并没有明显的规律性。     

区域尺度土壤入渗特征参数的变异性研究

以杨凌地区为例,进行野外双环入渗试验研究,运用2种常用模型(Kostiakov模型和Philip模型)对土壤入渗参数进行模拟。在分析土壤特征参数,寻求适合区域尺度的最优入渗模型同时,对土壤的状态变量进行标定并研究标定系数的空间变异性,研究结果表明:Philip模型可作为区域最优入渗模型,土壤入渗特征参数存在明显的空间变异性,标定系数aA比as对模型参数的标定效果好,且在较大范围内存在一定的趋势性,有较好的预测效果。因此,可根据标定系数随机模拟得到某一具体时刻的土壤入渗量的空间分布,为定量分析土壤水分运动、研究土壤水分入渗的空间分布提供理论基础。     

农田土壤入渗不确定性组成分析

依据大田四个测点的测试数据,基于三种土壤入渗模型(Kostiakov-lewis、Philip和Horton模型),对土壤入渗过程进行模拟和分析。探究模型结构、入渗时间和空间变异等不确定性因素对入渗过程的影响,以模型模拟残差及均方根误差随时间的变化为指标,比较分析得出三种不确定性因素对农田入渗规律的影响程度。结果表明,三种模型的相关系数均达到0.99以上,平均相对误差1.60%～11.77%;其中Horton模型的拟合精度最高(平均R~2=0.998 3),模型参数偏差系数较小,稳定性强;时间不确定性围绕一个固定值随时间上下波动,空间和模型结构不确定性均随时间呈现线性增加趋势,其中时间、空间和模型结构不确定性的变化区间分别为0.021 8～16.228、5.674～107.532和0.004～5.504 mm。分析认为空间不确定性对土壤入渗过程产生的影响最大,时间不确定性影响次之,模型结构的不确定性影响最小。该研究可为畦田灌溉过程中土壤入渗规律的研究和分析提供重要依据。     

区域尺度土壤入渗参数空间变异性规律研究

以在杨凌区进行的土壤入渗试验为基础,利用标定理论、统计学与地统计学相结合的方法研究了Philip入渗公式的标定过程,以及标定因子的空间变异规律.研究结果表明:在研究区域内不同标定因子中αA标定的效果最优,可用αA对入渗曲线进行标定;利用统计学原理计算了不同置信水平和精度要求下入渗测点的合理取样数;采用ArcGIS软件对标定因子αA的空间变异规律进行了分析;建立了可根据易测定的土壤物理参数直接估算αA的土壤转换函数,并通过验证,其结果可较好地解决区域尺度内土壤入渗参数的点面转换问题.     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

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.     

Philip模型与修正的Green-Ampt模型互推参数的特性分析

通过室内试验方法利用Philip和Green-Ampt入渗模型对3种土壤水平一维入渗进行了分析,对Green-Ampt入渗模型的含水率分布进行了修正从而改进二模型参数的互推公式,根据互推参数分别计算累积入渗量,并与实测值进行比较。结果表明,修正模型能很好地反应土壤入渗性能,随着土壤粘性的增加,Philip模型参数吸湿率S和Green-Ampt模型参数kssf都逐渐减小,用Philip模型推求修正的Green-Ampt模型参数k′ss′f具有较高的精度,且对于不同质地土壤的入渗表现出不同程度的正效应,此互推公式可应用于不同土壤水平入渗的试验研究。     

基于Philip入渗模型的土壤水分入渗参数BP预报模型

基于黄土高原区大量大田土壤入渗实测资料,借助BP神经网络模型建立了基于Philip土壤入渗模型参数的预报模型,并分别讨论了BP神经网络土壤水分入渗参数稳渗率预报模型、土壤水分入渗参数稳渗率预报模型和Philip模型的90min累积入渗量预测的单项和综合误差。结果表明:基于常规土壤理化参数土壤含水率、容重、黏粒含量、粉粒含量以及有机质等建立BP神经网络模型对Philip土壤入渗半经验半理论模型参数吸渗率S和稳渗率A进行预测是可行的。预测参数A和S以及Philip模型的90min累积入渗量的预测值与实际值的相对误差分别为2.074 60%、3.079 98%和2.037 56%,都在可接受的范围内;研究结果可为世界范围内大量实用的地面灌溉技术参数优化提供强有力的依据支撑。     

基于EMD方法的土壤入渗空间异质性及其影响因素研究

利用经典统计学方法和经验模态分解方法(EMD),分析了杨凌区、武功县和乾县临平镇一带0~40cm土层土壤物理性质(初始含水率、体积质量、有机质、颗粒组成)和入渗性能(90min累积入渗量、初始入渗率、稳定入渗率)的空间变异性,研究了EMD分量对变异的贡献率,并进一步对多尺度下土壤入渗性能与土壤物理性质进行了相关性分析。结果表明:1土壤物理特性空间序列中,除土壤体积质量变异系数为0.08、表现为弱变异外,含水率、颗粒组成及有机质均表现为中等变异,变异系数为0.11~0.35;2对于土壤入渗特性,稳定入渗率、90min累积入渗量和初始入渗率均表现为中等变异,且三者变异程度依次减弱;3EMD分解研究发现:小尺度分量对土壤入渗性能总变异的贡献率比大尺度分量高;不同的土壤物理性质对土壤入渗性能的影响随尺度变化。     

基于GIS的土壤盐分空间变异及盐分监测样点合理布设研究

在GIS技术支持下,采用经典统计学和地统计学方法对山东省房寺镇0～20 cm土壤盐分空间变异及其监测合理采样数量进行了研究.结果表明,研究区域土壤盐分属中等强度变异,受结构因素和随机因素的共同作用,土壤盐分具有中等强度的空间相关性;Kriging插值分析表明,土壤盐分的空间分布受微地形、气候和河流水入渗的影响,在地势较...     

土壤容重对红壤水分垂直入渗特性的影响

为分析红壤地区土壤容重对水分入渗的影响并将其应用于指导灌溉生产,以江西红壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对红壤中水分垂直运动规律影响.结果表明:在同一时刻湿润锋、累积入渗量、入渗率均随土壤容重的增大而减小,时间对湿润锋运移及累积入渗量影响程度相比于土壤容重较高,湿润锋与累积入渗量呈线性关系;入渗初期土壤容重对入渗率影响程度较高,随着入渗的进行其影响程度逐渐减小;饱和导水率与土壤容重呈负幂函数关系,Green-Ampt模型与Philip模型中饱和导水率模拟值在土壤容重大于1.30 g/cm3时相对误差小于9.62%,计算精度较高;再分布过程中,土壤容重越大,同一土层高度上土壤含水量越小,0~50 cm土层中土壤含水量随再分布时间增大而明显减小,土壤容重对含水量影响具有统计学意义(P0.05),50~70 cm土层中土壤容重对其变化影响不具有统计学意义.该研究成果可为红壤地区农作物的灌溉提供理论支撑.     

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。     

容重对红壤水平入渗及氯离子运移特性影响

为了研究不同容重红壤KCl溶液的水平一维入渗和氯离子运移特性,进行了室内水平一维入渗试验,入渗溶液为摩尔浓度0.1 mol/L的KCl溶液,试验土壤为红壤,土壤容重设定为1.20,1.25,1.30,1.35,1.40 g/cm3等5个不同的水平,试验结束后对数据进行了理论分析.结果表明:容重对红壤土水分入渗和氯离子运移影响具有统计学意义,入渗率、累积入渗量和湿润锋随土壤容重的增大而减小;入渗结束后,各土层含水量和氯离子分布趋势基本相同,在相同入渗距离,红壤容重越大,氯离子含量越小,但相差不大;Philip入渗模型和Kostiakov入渗模型都能较好地反应不同红壤容重水平一维入渗的累积入渗量与时间的关系(R20.98),Philip模型和Kostiakov模型中反映入渗特性的系数S和K均随红壤容重的增大而减小,说明累积入渗量与红壤容重呈负相关关系.研究结果可为红壤地区农作物的灌溉施肥提供理论支撑.     

Green-Ampt入渗模型国外研究进展

土壤水分入渗过程是土壤水分运移形式之一,对土壤养分和盐分运移及作物根系和微生物活性均有较大影响。目前描述土壤水分入渗过程的模型主要包括:Kostiakov模型、Philip模型、Green-Ampt模型等,Green-Ampt入渗模型表达式简单、涉及参数较少,具有一定的土壤物理基础,是当前使用最广的土壤水分入渗模型。国外关于GreenAmpt入渗模型研究很多,对Green-Ampt模型国外研究现状进行系统地总结。从Green-Ampt入渗模型的基本表达式出发,总结了该模型优缺点及涉及参数(饱和导水率Ks、湿润锋面吸力Sf、土壤水分入渗率i(t)等)的改进算法;综述了Green-Ampt入渗模型的国外应用现状;并对比分析了Kostiakov模型、Philip模型、Green-Ampt模型等,Green-Ampt入渗模型。基于Green-Ampt的国外研究现状,为国内该领域的研究指明方向。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

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。     

非充分供水土壤水分入渗模型的试验研究

基于均质土壤的非充分供水入渗试验数据,通过回归分析的方法,分析讨论了Kostiakov二参数模型、三参数模型、Horton模型和Philip模型,对非充分供水条件下土壤控制阶段入渗过程的适用性。结果表明:Kostiak-ov二参数模型、三参数和Philip模型的显著性和相关性都较高;综合考虑Kostiakov三参数模型的显著性、相关性以及回归参数与实际入渗过程边界值的吻合性,认为用Kostiakov三参数模型描述土壤入渗能力控制阶段入渗特性效果最好。     

不同土壤入渗模型参数多元非线性预测模型的精度对比分析

为了对不同土壤入渗模型参数多元非线性预测模型的精度进行对比分析,基于区域性黄土田间耕作土壤水分入渗实测资料,分别对Kostiakov、Kostiakov-Lewis以及Philip入渗模型的参数建立了以土壤体积含水率、干密度,黏粒、粉粒和有机质含量等土壤基本理化参数为输入变量的多元非线性传输函数,并进行了精度分析和比较。结果表明:Kostiakov入渗的二参数模型参数的平均误差在9%以下,预测精度明显高于Kostiakov-Lewis三参数入渗模型参数10.78%和Philip入渗模型参数11.72%。因此,推荐形式简单且预测精度高的二参数模型参数多元非线性预测模型为土壤入渗模型参数预测模型。     

间歇组合灌溉下中度盐碱土壤入渗规律

为了进一步揭示咸淡水间歇组合灌溉入渗的影响机制与规律,在室内采用垂直一维积水入渗试验,研究了不同间歇时间、组合次序下的土壤入渗特征;基于实测资料探讨3种常规的入渗模型对间歇组合灌溉在中度盐碱土壤入渗规律的适用性.结果显示:在同一入渗时间下,累积入渗量从大到小依次为间歇组合灌溉(0 min),间歇组合灌溉(30 min), 间歇组合灌溉(60 min), 间歇组合灌溉(120 min),且它们之间的差异随时间的延长越来越具有统计学意义;在整个入渗过程,入渗速率分为初渗阶段和稳渗阶段,且与先咸后淡相比,先淡后咸先到达稳定入渗率;与Green-Ampt模型、Philip模型相比,Kostiakov模型能更加准确地描述间歇组合灌溉的入渗率变化特征,但在Kostiakov模型中,先淡后咸拟合精度低于先咸后淡,说明咸淡水组合次序对模型拟合精度影响较大.     

上层土壤密度对模拟指流层状土壤水分入渗的影响

通过室内模拟指流,利用回归分析法进行分析,建立了以上层土壤密度为参数的Kostiakov和Philip模型对模拟指流的层状土壤入渗的改进模型,并进行了验证。结果表明,入渗时I;7相同时,累积入渗量随着上层土壤密度的增加而减小;Kostiakov和Philip模型都适合于模拟有指流产生的层状土壤的入渗,其相关系数都在0．...