土壤入滲模型參數的分階段非線性預報模型研究.pdf

1、我國是世界上干旱缺水最嚴重的國家之一，農業(yè)灌溉水量占到總用水量的60％以上，而農田灌溉水有效利用系數僅為0.5，遠低于世界先進水平。農業(yè)灌溉水利用率低，主要是受到土地自然屬性、種植結構、管理情況等多種因素的共同影響，但最根本的原因是不能按照合理的灌水技術參數進行灌溉，而土壤入滲參數決定著灌溉水轉換為土壤水的速度和分布，進而影響著灌水質量和灌溉效果。所以，土壤入滲參數是各種灌水技術條件下確定合理灌水技術參數的依據，土壤入滲參數的研究是提高

2、灌溉水利用率、改進地面灌水技術的關鍵。
　　考慮到采取田間試驗法獲取土壤入滲參數存在費時、費力、繁雜等問題，本文采用土壤傳遞函數法，基于研究團隊二十多年在山西八個地市、二十多個縣區(qū)的室內試驗和大田土壤入滲試驗獲得的大樣本。利用1Stopt軟件和MATLAB軟件，分別建立了非凍土非鹽堿土、凍結土和鹽堿土的Kostiakov三參數累積入滲量模型參數與土壤常規(guī)理化參數之間的多元非線性傳遞函數，以及非凍土非鹽堿土的Kostiakov二參數

3、累積入滲量模型參數與土壤常規(guī)理化參數之間的多元非線性傳遞函數。經過傳遞函數自變量的顯著性檢驗、函數整體的顯著性檢驗、以及實測值與預測值之間相對誤差的計算，實現了Kostiakov累積入滲量模型參數的分階段多元非線性預報，并與線性預報和BP預報進行了比較分析。研究結果表明：
　?。?）以多元非線性傳遞函數的方法對土壤入滲參數進行預報是可行的。對非凍土非鹽堿土、凍結土和鹽堿土的土壤入滲參數進行非線性預報都是可行的，各模型的自變量和模型

4、整體均顯著，各參數預測值與實測值之間的相對誤差均在10%以下，在可接受范圍。
　　（2）不同階段的土壤入滲參數非線性預報模型有不同的輸入變量或影響因素。對于非凍土非鹽堿土，其入滲參數主要影響因素包括土壤含水率、結構、質地和有機質；對于凍結土，其入滲參數的主要影響因素包括土壤含水率、結構、質地、有機質和地溫；對于鹽堿土，其入滲參數的主要影響因素包括土壤含水率、結構、質地、有機質和含鹽量。
　?。?）對比非凍土非鹽堿土Kosti

5、akov二、三參數累積入滲量模型參數的預報結果，發(fā)現二者的預報精度均滿足預報要求，但二參數入滲模型的精度高于三參數入滲模型。因此，Kostiakov二參數累積入滲量模型適合于短歷時的土壤入滲參數預測，Kostiakov三參數累積入滲量模型適合于長歷時的土壤入滲參數預測。
　?。?）經過多元非線性預報模型與線性預報模型、BP模型的對比分析，發(fā)現多元非線性模型的形式、算法較BP模型簡單，預測精度較線性模型高、更接近實際。因此，擬推薦多

6、元非線性模型為預測土壤入滲參數的預報模型。
　　本文的主要創(chuàng)新點：
　?。?）以1Stopt軟件和MATLAB軟件的結合，探索了實現多元非線性擬合的過程，構思和實現了多元非線性擬合的新方法。
　?。?）實現了以不同土壤常規(guī)理化參數為輸入變量，分別對凍結土和鹽堿土Kostiakov三參數累積入滲量模型參數的多元非線性預報，誤差達到了可接受程度。
　?。?）首次考慮疏松土壤在灌水過程中的結構變形，并分別應用于不同參數

7、的預測中，使入滲參數的預測結果更接近實際入滲過程。
　　本文針對土壤入滲參數獲取困難這一世界性難題，采用土壤傳遞函數法，以不同土壤理化參數作為輸入參數，分別建立了非凍土非鹽堿土、凍結土、鹽堿土入滲參數的多元非線性預報模型，實現了對土壤水分入滲參數的分階段預測，為不同階段入滲參數的獲取提供了新途徑。但由于問題的復雜性、變量的多元性和理化參數的層次性，入滲參數的預報有待進一步深入研究，以使得入滲參數預報模型的適用性更廣泛，對于改進地面