土壤入滲模型參數(shù)的分階段非線性預(yù)報模型研究.pdf

1、我國是世界上干旱缺水最嚴(yán)重的國家之一，農(nóng)業(yè)灌溉水量占到總用水量的60％以上，而農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.5，遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平。農(nóng)業(yè)灌溉水利用率低，主要是受到土地自然屬性、種植結(jié)構(gòu)、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(shù)參數(shù)進(jìn)行灌溉，而土壤入滲參數(shù)決定著灌溉水轉(zhuǎn)換為土壤水的速度和分布，進(jìn)而影響著灌水質(zhì)量和灌溉效果。所以，土壤入滲參數(shù)是各種灌水技術(shù)條件下確定合理灌水技術(shù)參數(shù)的依據(jù)，土壤入滲參數(shù)的研究是提高

2、灌溉水利用率、改進(jìn)地面灌水技術(shù)的關(guān)鍵。
　　考慮到采取田間試驗(yàn)法獲取土壤入滲參數(shù)存在費(fèi)時、費(fèi)力、繁雜等問題，本文采用土壤傳遞函數(shù)法，基于研究團(tuán)隊(duì)二十多年在山西八個地市、二十多個縣區(qū)的室內(nèi)試驗(yàn)和大田土壤入滲試驗(yàn)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(jié)土和鹽堿土的Kostiakov三參數(shù)累積入滲量模型參數(shù)與土壤常規(guī)理化參數(shù)之間的多元非線性傳遞函數(shù)，以及非凍土非鹽堿土的Kostiakov二參數(shù)

3、累積入滲量模型參數(shù)與土壤常規(guī)理化參數(shù)之間的多元非線性傳遞函數(shù)。經(jīng)過傳遞函數(shù)自變量的顯著性檢驗(yàn)、函數(shù)整體的顯著性檢驗(yàn)、以及實(shí)測值與預(yù)測值之間相對誤差的計算，實(shí)現(xiàn)了Kostiakov累積入滲量模型參數(shù)的分階段多元非線性預(yù)報，并與線性預(yù)報和BP預(yù)報進(jìn)行了比較分析。研究結(jié)果表明：
　?。?）以多元非線性傳遞函數(shù)的方法對土壤入滲參數(shù)進(jìn)行預(yù)報是可行的。對非凍土非鹽堿土、凍結(jié)土和鹽堿土的土壤入滲參數(shù)進(jìn)行非線性預(yù)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(shù)預(yù)測值與實(shí)測值之間的相對誤差均在10%以下，在可接受范圍。
　?。?）不同階段的土壤入滲參數(shù)非線性預(yù)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(shù)主要影響因素包括土壤含水率、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)；對于凍結(jié)土，其入滲參數(shù)的主要影響因素包括土壤含水率、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)和地溫；對于鹽堿土，其入滲參數(shù)的主要影響因素包括土壤含水率、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)和含鹽量。
　?。?）對比非凍土非鹽堿土Kosti

5、akov二、三參數(shù)累積入滲量模型參數(shù)的預(yù)報結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二者的預(yù)報精度均滿足預(yù)報要求，但二參數(shù)入滲模型的精度高于三參數(shù)入滲模型。因此，Kostiakov二參數(shù)累積入滲量模型適合于短歷時的土壤入滲參數(shù)預(yù)測，Kostiakov三參數(shù)累積入滲量模型適合于長歷時的土壤入滲參數(shù)預(yù)測。
　?。?）經(jīng)過多元非線性預(yù)報模型與線性預(yù)報模型、BP模型的對比分析，發(fā)現(xiàn)多元非線性模型的形式、算法較BP模型簡單，預(yù)測精度較線性模型高、更接近實(shí)際。因此，擬推薦多

6、元非線性模型為預(yù)測土壤入滲參數(shù)的預(yù)報模型。
　　本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)：
　?。?）以1Stopt軟件和MATLAB軟件的結(jié)合，探索了實(shí)現(xiàn)多元非線性擬合的過程，構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)了多元非線性擬合的新方法。
　?。?）實(shí)現(xiàn)了以不同土壤常規(guī)理化參數(shù)為輸入變量，分別對凍結(jié)土和鹽堿土Kostiakov三參數(shù)累積入滲量模型參數(shù)的多元非線性預(yù)報，誤差達(dá)到了可接受程度。
　　（3）首次考慮疏松土壤在灌水過程中的結(jié)構(gòu)變形，并分別應(yīng)用于不同參數(shù)

7、的預(yù)測中，使入滲參數(shù)的預(yù)測結(jié)果更接近實(shí)際入滲過程。
　　本文針對土壤入滲參數(shù)獲取困難這一世界性難題，采用土壤傳遞函數(shù)法，以不同土壤理化參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，分別建立了非凍土非鹽堿土、凍結(jié)土、鹽堿土入滲參數(shù)的多元非線性預(yù)報模型，實(shí)現(xiàn)了對土壤水分入滲參數(shù)的分階段預(yù)測，為不同階段入滲參數(shù)的獲取提供了新途徑。但由于問題的復(fù)雜性、變量的多元性和理化參數(shù)的層次性，入滲參數(shù)的預(yù)報有待進(jìn)一步深入研究，以使得入滲參數(shù)預(yù)報模型的適用性更廣泛，對于改進(jìn)地面