基于BP神经网络的土壤水力学参数预测

为了获取区域土壤水分和溶质运移模拟所需的土壤水力学参数,利用黄淮海平原曲周县的试验资料建立基于BP神经网络的土壤转换函数模型。本文采用土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤基本理化性质,来预测土壤饱和导水率Ks、饱和含水量sθ、残余含水量θr、以及van Genuchten公式参数α、n的对数形式ln(α)和ln(n),并与多元线性逐步回归方法进行比较。t检验结果表明,BP神经网络训练和预测得到的模拟值与实测值之间吻合很好,该方法具有较高的预测精度。通过对平均相对误差的比较,得出在粒径分布的基础上增加容重、有机质含量等输入项目,可以提高部分土壤水力学参数的预测精度,而有些参数的预测精度反而降低。以误差平方和为标准的比较结果表明,BP神经网络模型的预测效果总的来看要优于多元线性回归法。     

热红外遥感监测土壤含水量模型及其应用

在从理论上分析了地表土壤日温差、热惯量和土壤含水量三者的关系后,探讨了由地表土壤日温差推求热惯量、再由热惯量推求土壤含水量的方法,建立了气象卫星热红外遥感监测土壤含水量模型。将所建立的模型应用于实际土壤含水量的监测,做出了辽宁省,1988年8月11日近地表(10cm)土壤含水量分布图,通过实测资料验证,该模型具有较高精度。     

PAA-atta复合保水剂对土壤物理性质的影响

在合成以丙烯酸和凹凸棒土为原料的有机无机复合保水剂的基础上,本文对比考察了PAA-atta复合保水剂与单纯PAA保水剂对土壤物理性质的影响。结果发现,随着2种保水剂施用量的增加,土壤平均含水量、pH值、>0.25mm团聚体含量及阳离子交换量也逐渐增大。相同用量下,保水剂粒径越小,土壤含水量和>0.25mm团聚体含量也越大,但PAA-atta复合保水剂对土壤物理性质改善效果明显好于单纯PAA保水剂。     

盐渍土介电特性及模型改进研究

基于控制试验对配制的具有不同含水量和含盐量的土壤样本进行介电特征量测和分析,同时结合Stogryn盐水介电模型和土壤溶液离子浓度、电导率、含水量和含盐量等参数对介电常数虚部的影响,将饱和度这个关键参量引入盐渍土介电模型中,提高盐渍土介电模型模拟精度。结果表明：①当土壤体积含水量较低时,土壤含盐量对介电常数的实部和虚部均未产生明显的作用。当土壤体积含水量较高时,介电常数实部则随着土壤含盐量的增加呈逐渐下降趋势,介电常数虚部以增加态势为主;②修正后的盐渍土介电模型可以较好地刻画介电常数变化特征。此外,将修正后的模型在白银采样点进行验证,同样取得较好的模拟结果,表明修正后的盐渍土介电模型对不同土壤类型具有一定的适用性。     

改进蝴蝶算法优化支持向量机的土壤含水量预测模型

针对传统土壤含水量预测方法精度低、效率差的不足，提出改进蝴蝶算法优化支持向量机的土壤含水量预测算法。引入Levy飞行改进蝴蝶优化算法的位置更新方式，结合高频短步长跳跃搜索和低频长步长行走策略，同步实现局部精细搜索和远程区域勘探，提升寻优能力；设计基于高斯变异和混沌Logistic映射的个体扰动机制，提升种群多样性。利用改进蝴蝶优化算法LGBOA优化SVM模型，构建土壤含水量预测模型。选取某地土壤气象数据为样本进行实验分析，验证LGBOA-SVM模型可以提高土壤含水量预测精度和效率。     

基于双EnKF的土壤水分与土壤属性参数同时估计

为提高土壤水分数据同化结果的精度,将基于双集合卡尔曼滤波(Dual Ensemble Kalman Filter,DEnKF)的状态-参数估计方案与简单生物圈模型(simple biosphere model 2,SiB2)相结合,同时更新土壤水分和优化模型参数(土壤属性参数)。选用2008年6月1日~10月29日黑河上游阿柔冻融观测站为参考站,开展了同化表层土壤水分观测数据的实验。研究结果表明:DEnKF可同时优化土壤属性参数和改进土壤水分估计,该方法对表层土壤水分估计的精度0.04高于EnKF算法的精度0.05。当观测数据稀少时,DEnKF算法仍然可以得到较高精度的土壤水分估计,3层土壤水分的估计精度在0.02~0.05之间。     

原状取土管法与经典方法测定山地土壤物理性质的比较研究

针对经典环刀法在土层浅薄,土壤紧实和粗骨土的山地土壤物理性质研究中的局限性,利用IN-SITU原状取土管对澜沧江流域典型山地的土壤容重、毛管孔隙度、饱和水、毛管水、田间持水量、初渗系数、稳渗系数等土壤物理性质进行研究,并同经典环刀法的测定值相比较。方差分析结果表明:IN-SITU原状取土管法和经典环刀法在土壤物理性质的对比研究中无显著差异。差异性分析中,7项土壤物理指标测定值间F方差相等检验的相伴概率Sig.均大于显著性水平α=0.05,方差相等时T检验结果的7项土壤物理指标相伴概率均大于显著性水平α=0.10,两法均值差的95%置信区间均跨0,表明IN-SITU原状取土管完全可用于土壤物理性质的研究,尤其在山地土壤的研究中显示出较环刀更为明显的优越性。     

不同利用方式对潮棕壤比表面影响的研究

对中国科学院沈阳生态实验站潮棕壤水稻田、玉米地、撂荒地和人工林地4种土地利用方式经过14年后在0~150 cm土体10个土层中土壤比表面的剖面分布进行比较研究的结果表明,不同土地利用方式及不同深度土层土壤比表面差异显著,除林地0~5 cm表层外,4种土地利用方式在80 cm以内深度的土层中土壤比表面随剖面深度增加呈渐次增大的趋势,说明林地表层高有机碳积累对土壤比表面增加可能产生了重要影响。150 cm深度土壤比表面平均值为林地>玉米地>撂荒地>水稻田。土壤比表面与土壤风干含水量及交换性盐基总量呈极显著正相关关系:水稻田、玉米地、撂荒地、林地中土壤比表面与风干含水量相关系数分别为0.767、0.911、0.943、0.953(n=30,P<0.001);与土壤交换性盐基总量的相关系数分别为0.877、0.978、0.673、0.780(n=30,P<0.001)。不同利用方式下土壤比表面与土壤有机碳、全氮、碱解氮呈显著负相关关系,与土壤pH、硫、磷之间的关系因土地利用方式不同而具有一定的差异。研究结果表明,土壤比表面可作为指征不同土地利用方式对土壤理化性质影响的可行的土壤物理学指标,测定不同土壤的比表面可以基本反映出土壤交换性能的差异。     

施肥对旱地土壤供水特征的影响

陕西渭北旱塬土壤剖面中不同土层土壤的供水能力不同,呈现出“波“状分布.施肥处理均表现为“低-高-低-高“形,CK在小于12.5%含水量时为“高-低-高-低“状,大于12.5%含水量时为“低-高-低-高“状.土壤剖面中有一水势最低的土层,该土层有随施肥量增加而下移的趋势,对旱农区有限水分的吸收和保持有重要作用,土壤剖面中不同土层土壤供水能力的“锯齿“状分布也很好地发挥了这种作用.施肥提高了土壤水势,降低了土壤的水容比,增强了土壤的供水能力,从而提高了土壤对干旱的适应性和抵抗力,土壤比水容量更好地反映了土壤的保水性能,而土壤水势和土壤水容比则更好地反映了土壤的供水性能,即土壤水对植物的有效性.     

基于MODIS数据反演阜新地区土壤水分的研究

利用MODIS数据计算表观热惯量模型反演阜新地区春季的土壤含水状况分布。通过处理 2009、2010年4月的数据,拟合表观热惯量与土壤含水量的关系模型,得到阜新地区土壤含水状况分布图。通过与37个实测点土壤含水量数据对比验证表明,深度为0~10 cm时,相对误差均值为5.4%;深度为10~20 cm时,相对误差值为10.82%;深度为20~30 cm时,相对误差值为16.50%,相对误差都满足地区实际反演要求,并随土层深度增加相对误差均值增大。     

黄土高原水土保持监测与数字化管理

黄土高原水土保持数字化管理, 是21 世纪黄河水土保持工作一项艰巨和挑战性的课题, 而水土保持监测则在未来区域数字化管理中具有极其重要的基础性地位。阐述了水土保持数字化管理的概念、特点和整体框架; 探讨了基于数字化管理的黄土高原水土保持监测系统组成, 并研究了水土保持信息需求及分类、站网布设、信息采集、数据库建立与动态更新等关键技术环节。     

不同含水量黄棕壤反射光谱特征研究

采用多光谱辐射仪(MSR～16R)对自然条件下不同水分含量黄棕壤光谱特征进行了研究，试验结果表明在可见光部分(460～710nm)，土壤含水量与光谱反射率相关性差，而在红外部分(760～1650nm）土壤含水量与光谱反射率达到极显著负相关，模式方程拟合度都在0．86以上，因此通过测定土壤光谱反射率来推算土壤含水量是可行的。应用地面光谱测量试验的结果，本文讨论了由地面光谱测量来推算土壤含水量向由卫星遥感影像反演土壤含水量过渡的可能性，进而对采用TM遥感影像对黄棕壤分布区土壤水分状况实施遥感监测的可行性作了一些探访。     

土壤含水量增墒、退墒预测模型的研建与应用

在天然旱地植被系统中,土壤水大小与大气水、地表水和蒸散量等因素关系密切,且存在水量平衡关系。依据水量平衡关系和实测水文资料,以连续无雨日数为影响因子,创建土壤含水量与连续无雨日数相关关系,该关系式即为单站无雨退墒预测模型;以降水为影响因子,创建土壤含水量增量与降水量相关关系,该关系式即为有雨增墒预测模型,实现短期内土壤含水量动态变化预测。预测模型已应用到2016年吉林省中西部墒情分析评价工作中,应用结果表明:该模型理论依据充分,符合天然旱地植被系统中的水量平衡关系;建模简单,应用便捷,可进行短期土壤含水量增墒、退墒预测,预测结果能够科学反映土壤含水量动态变化规律。     

我国智慧水土保持数字化场景组成及其设计探讨

本文基于智慧水利数字孪生流域L1、L2、L3级数据底板及水土保持基础数据及相关业务数据,围绕“十四五”时期智慧水土保持数字化场景建设任务,并结合水土保持业务数字化、网络化、智能化的应用需求,提出水土保持数字化场景建设的目标、总体框架和技术路线与方法,为智慧水土保持建设提供思路和参考。通过推进数字孪生、大数据、人工智能等技术与水土保持业务的交互应用,实现了水土保持信息智能感知、水土保持管理服务高效协同、水土保持监督执法及时有效和淤地坝运行风险预判预案,但数字化场景建设仍处于起步阶段,需在实践应用中进一步探索完善。     

介电溶液测试土壤水分传感器性能的实证研究

利用土壤等效介电溶液代替土壤测试与评估土壤水分传感器的性能,具有便捷、快速的优点。为验证传感器在介电溶液中的测试结果是否与实际土壤中一致,利用去离子水和2—异丙氧基乙醇(2-isoproxyethanol)或二氧六环(dioxane)2种溶液混合,配制了一系列等效土壤体积含水率为0.9%~51.8%的待测介电溶液,同时取广州地区的典型红壤和雷州半岛的典型砖红壤,配制一系列与介电溶液等效含水率相对应的土样,分别从电气特性、与土壤含水率的函数关系、温度变异性和稳定性4个方面测试传感器的性能,并将介电溶液中的测试结果与2种土样中比较。实验结果表明:介电溶液中的测试结果与红壤和砖红壤中基本上一致,介电溶液在某种程度上可以代替土样进行土壤水分传感器的性能测试。     

基于工作流的太湖流域片水土保持监管服务平台建设

为实现水土保持监管规范化和现代化，按照水利部关于水土保持信息化建设总体部署和智慧太湖建设要求，立足太湖流域片水土保持监管监测业务实际，基于工作流理念，在全面串联分析流域生产建设项目水土保持监管监测业务的不同用户对象，不同阶段的工作逻辑和流程、数据信息及流向的基础上，提出太湖流域片生产建设项目水土保持监管服务平台的结构框架与工作流程模型的总体设计，并介绍平台应用子系统的主要功能。基于工作流的太湖流域片生产建设项目水土保持监管服务平台，实现水土保持全业务全流程的无纸化、自动化、精细化闭环管理，满足相关用户的信息化需求，可良好适应新形势下水土保持监管工作要求，促进水土保持工作模式、管理方式转型。     

参数调制探针式电容土壤水分传感技术研究

电容传感器是实现土壤水分低成本检测的主要途径,土壤水分中电导对土壤水分影响很大,为了消除电导影响,研究了一种新颖的基于参数调制的探针电容土壤水分传感器,分析了参数调制技术消除电导机理,并建立了相应数学模型,设计了参数调制式探针电容土壤水分传感器的检测电路和数据处理系统,通过参数优化得到了一种能够实现在线测试土壤水分的探针电容传感器及检测仪器.试验表明,随着土壤含水量的变化,其探针电容传感器响应有较大的变化,且在低于25%的含水量范围,土壤含水量与被测电压之间呈线性关系.     

The relations between spectral data and water in a crop production environment

The results of a correlation study between high spatial resolution (1m) Multi-Spectral Scanner (MSS) data and reference data with particular emphasis to soil-plant water parameters are presented. Digital images of the Management Systems Evaluation Area (MSEA) research site in south central Ohio were acquired using MSS mounted on an aircraft. Gravimetric soil water, plant water, and plant residue information relating to MSS data were collected in April, July, August, and September, 1994. It was found that the correlation between MSS data and soil water was changed by the presence of crop residue versus bare soil. The combined water estimates from the soil and plant enhanced the correlation structure between MSS parameters and soil-plant water variables. It was also shown that when using soil water content data below the 0.5-2.0 cm soil depth, the correlation with MSS parameters decreased.     

SOILPSI: a potential-driven three-dimensional soil water redistribution model—description and comparative evaluation

ECOPHYS, an individual-based process model for poplar, requires a three-dimensional soil water redistribution model to simulate soil water dynamics, plant uptake, and root growth. SOILPSI is a potential-driven water redistribution model based on the RHIZOS rhizosphere simulator. It expands on RHIZOS by calculating water flux based on water potential, and has a macropore flow mode to allow rapid drainage of the soil. SOILPSI simulates water flux in three dimensions and accounts for slope. SOILPSI was evaluated by comparing model output to soil moisture data collected under bare soil conditions. AMMI analysis of a date×depth matrix of differences between simulated and observed soil moisture content showed that excluding the two shallowest soil layers resulted in a difference matrix that conformed to an additive model. The grand mean predicted values were within 2% of the observed values, and 50 of 56 predicted values were within 5% of the observed values. Better agreements between simulated and observed soil moisture content were observed deeper in the soil profile and later in the season. Agreement between SOILPSI and field conditions was consistently more accurate than RHIZOS. Improving simulation of evaporative flux at the soil surface would improve simulation accuracy in the upper horizons.