非充分供水土壤水分入滲規(guī)律的試驗研究與過程模擬.pdf

1、非充分供水土壤水分入滲過程是自然界降雨水分和灌溉水進入土壤的重要過程之一，小強度降水或噴灑條件下的水分入滲屬于非充分供水入滲。研究非充分供水土壤水分入滲過程對降雨徑流計算和噴灌技術參數確定有重要價值。本論文是以國家自然科學基金項目(40671081)“區(qū)域尺度上土壤入滲參數多元非線性傳輸函數研究”為支撐，選擇從沙到黏的八種不同質地的土壤為研究對象，采用試驗研究與理論研究相結合、理論分析與數值模擬相結合的研究方法，系統(tǒng)地研究了非充分供水條

2、件下的土壤水分入滲特性及其影響主導因素，建立了非充分供水三階段入滲模型；探索了非充分供水入滲模型參數與充分供水入滲模型參數間的數量關系；利用多元線性、非線性、BP神經網絡土壤傳輸函數對非充分供水入滲模型參數及入滲過程進行預報；實現了對非充分供水入滲過程的數值模擬。主要研究成果和創(chuàng)新點如下：
　　 ⑴揭示了非充分供水土壤水分入滲的基本特性。其入滲過程可分為供水強度控制入滲階段、非飽和土入滲階段和飽和土入滲階段，積水時刻和相對穩(wěn)定入

3、滲時間是三者的分界點。
　　 ⑵建立了非充分供水土壤水分入滲三階段模型。第一階段供水強度控制階段，入滲率為一常數，其值等于供水強度；第二階段非飽和土入滲控制階段，入滲率符合Kostiakov三參數模型；第三階段飽和土入滲控制階段，入滲率等于相對飽和滲透系數。
　　 ⑶影響非充分供水土壤水分入滲特性的主要因素有供水強度、土壤質地、初始含水率、土壤結構等。建立了積水時刻、穩(wěn)定入滲時間、入滲量、濕潤鋒及入滲模型參數與這些主要影

4、響因素間的數量關系。積水時刻隨供水強度的變化符合負冪函數關系,隨著土壤干容重、土壤黏粒含量、初始含水率的變化符合對數函數關系。
　　 ⑷建立了非充分與充分供水土壤水分入滲率模型參數間的關系,實現了用充分供水入滲模型參數來預報非充分供水入滲模型參數。①積水后第一個單位時間末的入滲率B1等于供水強度與穩(wěn)定入滲率之差。②非充分供水入滲的穩(wěn)定入滲率f01等于充分供水穩(wěn)定入滲率f0。③入滲衰減指數α1與α間的關系為：
　　

5、>　　 ⑸利用多元線性、非線性和BP神經網絡土壤傳輸函數對非充分供水土壤水分入滲模型參數及入滲過程的預報是可行的。多元線性和非線性兩種土壤傳輸函數(5個變量)的預報誤差相差不大，各預報量的預報誤差范圍在14.9[％]-43.8[％]之間；BP神經網絡土壤傳輸函數采用單隱層結構(5-10-1),各預報量的預報誤差范圍在6.8[％]-18.8[％]；BP網絡土壤傳輸函數的預報誤差最小。
　　 ⑹建立了非充分供水條件下的土壤水分運動

6、的定解問題，利用有限差分法對其入滲過程進行數值模擬。該程序實現了非充分供水土壤水分入滲過程、濕潤鋒推進距離和任一時刻含水率分布的模擬。
　　 本研究的創(chuàng)新點包括：
　　 ⑴建立了非充分供水土壤水分入滲三階段模型。
　　 ⑵系統(tǒng)分析了土壤質地、含水率、結構、供水強度對入滲積水時刻的影響，建立了入滲積水時刻與各影響因素間的數量關系及積水時刻的預報模型，為降雨徑流計算、噴灌技術參數確定提供了理論依據。
　　 ⑶

7、根據8種土壤質地的入滲試驗數據，建立了同土壤條件下的非充分供水入滲與充分供水入滲模型參數間的關系，為非充分供水入滲模型參數的獲取提供一種新的方法。
　　 ⑷在400組樣本的基礎上，利用多元線性、非線性和BP網絡土壤傳輸函數，實現了對非充分供水入滲模型參數的預報。BP網絡預報的精度最高。
　　 本研究是以指導農田噴灌和降雨徑流研究為主要出發(fā)點，對非充分供水條件下的土壤水分入滲特性進行了較為全面深入的研究，實現了用多種土壤傳