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《鲁东大学》 2011年
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土壤水动力参数测算方法及其空间变异性研究

任尚岗  
【摘要】:土壤水分运动是陆地水循环中最为复杂的重要环节之一,也是土壤圈物质循环的重要组成部分,同时土壤水也是热量和溶质在土壤中传输的主要载体。研究土壤水运动规律,确定其相关参数是计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程的基础,获取和掌握土壤水力传导参数对于了解和治理土壤水和地表水污染非常重要。土壤水运动参数测算模型是研究和描述土壤水动力特征的基础,模型的优化及其参数的快速准确获取成为研究的关键。因此,改进和完善现有的各种土壤水入渗模型及相关参数的计算方法,提出一种快速精确测算土壤水入渗参数模型具有重要的现实意义。 本文在理论分析和室外试验相结合的基础上,以不同初始水头的Philip-Dunne入渗试验、不同规格的单环入渗试验、土壤气体扩散试验获取的大量试验数据为依据,对烟台棕壤土的入渗特征,入渗模型的修正和改进进行了研究;基于Philip公式、数据统计分析理论、回归模型、BP神经网络、径向基函数、投影寻踪模型对土壤水入渗参数进行了预测;运用地统计学方法分析了研究区土壤水入渗参数的空间变异性,得到了以下结论: 1、单环入渗测算土壤饱和导水率k_s时,利用Philip公式预测恒定积水深度下的稳态通量Q_s,并近而计算k_s,可以获得远超过实际入渗时间条件下的入渗参数;利用非稳定入渗条件下的实验数据,基于Philip公式预测Q_s并近而计算k_s,与实测值相比,均值、标准差、变异系数都相对较小,仍能表示并且理论意义上能更好的反映土壤水的总体入渗特征。 2、运用单环入渗测算k_s时,与两个积水深度的试验方法相比,多个稳定积水深度条件下测得的k_s稳定性强、变异性弱,利用多水头入渗方法测量土壤入渗参数可在一定程度上降低由田间土壤非均一性及突变性引起的测量误差;双水头实验中,增加两个积水深度的间距可以提高测量精度。 3、利用恒定供水速率单环入渗法测算田间土壤饱和导水率,稳态积水深比采用恒定积水深度方法时稳态供水速率变化幅度小,因此,获取田间土壤饱和导水率时应用恒定供水强度方法时可减少取样点的个数。 4、利用土壤气体扩散率在田间预测的饱和导水率可以达到一定的预测精度,方便快捷,节约实验用水和入渗时间,减小了对土壤的扰动。 5、在Philip-Dunne入渗测算土壤水动力参数时,土壤饱和导水率k_s与入渗时间t i呈显著负相关性,k_s与1/ t_(med)的相关性最好,Ψ与t_(max)/ t_(med)呈显著的幂函数关系;因此,田间大面积估测k_s时可以部分试验点上测定完整实验数据后建立预测模型,剩余试验点只测定t_(med)便可由简化模型得到k_s,这可节省大量的时间和财力。 6、Philip公式在Philip-Dunne三维入渗动态过程分析中仍然适用,虽参数意义发生了变化,但公式中一维入渗中可以表征土壤饱和导水率的参数A与土壤饱和导水率存在存在密切关系,基于Philip公式的参数A求算土壤饱和导水率可在很大程度上简化计算。 7、Philip-Dunne入渗中累计入渗时间的偏度、峰度与水动力参数k_s和Ψ有密切关系;同时,利用逐步回归、BP神经网络、径向基函数网络和投影寻踪回归基于入渗时间预测k_s和Ψ时都达到了较高精度,相比而言,投影寻踪回归预测土壤饱和导水率和湿润峰吸力的精度最高。 8、研究区内利用三种初始水头进行Philip-Dunne入渗测算入渗参数时, k_s和Ψ都表现出中等变异强度;同样的实验处理,与k_s相比Ψ的空间变异性较弱、空间分析精度较高;随着初始入渗水头的增加,Ψ和k_s的空间变异性减弱、空间分析精度提高;利用50cm的初始入渗水头分析k_s和Ψ在空间特征精度最高。
【学位授予单位】:鲁东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S152.7

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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