基于主成分分析土壤水分扩散率单一参数模型的BP神经网络模型

应用水平土柱法测定了杨凌地区典型粘壤土的水分扩散率,利用土壤水分扩散率的单对数模型和双对数模型对其进行了拟合,建立了土壤水分扩散率单一参数模型,基于主成分分析建立了单一参数模型中参数B的BP神经网络模型。结果表明：利用主成分分析可将研究区域土壤容重、有机质含量、粘粒含量、粗粉粒含量和砂粒含量综合成3个主成分;基于主成分分析建立的BP神经网络模型拟合的单一参数模型参数[B]的均方根误差RMSE为0.308 2;将拟合得到的参数B代入单一参数模型中对土壤水分扩散率进行预测,除去其中较大值的预测结果偏低外,其余土壤水分扩散率预测结果都比较接近实测值,预测结果的均方根误差RMSE为0.257 8,可利用基于主成分分析建立的BP神经网络模型预测单一参数模型中的参数B。     

基于GIS和RS的喀斯特流域SCS产流模型应用

参数λ是SCS产流模型的一个重要参数,模型研究者将标准值λ=0.2作为模型的参数值。但模型参数没有考虑地貌类型对产流的影响,喀斯特地区不同地貌类型下地表坡度、土层厚度、地层岩性、基岩裂隙的发育程度等方面均存在很大差别,而这些因素都直接影响着流域的产流机制。在考虑地貌类型对喀斯特流域产流影响的基础上,通过率定不同地貌类型下的λ值对SCS模型进行改进。以GIS和RS技术作为获取流域地貌类型、土壤类型和土地利用方式等空间信息的主要手段,运用实测降雨径流资料对参数λ进行率定。由于喀斯特地区很少存在具有单一地貌的流域,仅靠实测数据很难确定各地貌类型的λ值,本文尝试通过对地貌结构与λ值关系的分析确定适合喀斯特流域的参数λ,从而建立起喀斯特流域SCS产流模型。模型在贵州平湖流域的应用结果表明,建立的喀斯特流域SCS产流模型的模拟精度较SCS产流模型有了很大提高,说明建立的喀斯特流域SCS产流模型比较合理,可以应用于喀斯特典型流域。     

内陆绿洲灌溉农田SPAC系统土壤水分动态模拟研究

基于土壤水动力学原理,建立了内陆河流域山前农田绿洲SPAC系统土壤水分运移的子模型。应用该模型对土壤剖面含水率、农田棵间蒸发和叶面蒸腾量进行了模拟研究,并以实测值进行了验证。对相同种植与田间管理条件下的春小麦生长季田间土壤水分、土壤蒸发和叶面蒸腾量进行了预报,得到了较满意的结果。对模型主要参数土壤饱和导水率Ks、土表排水系数Wmax、净辐射Rn、风速Uz、饱和差D、作物叶面指数LAI进行了敏感性分析,得出这些参数对土壤水分运移的影响显著。应用该模型对西北干旱区内陆河流域山前绿洲灌溉农田的土壤水分均衡和作物根系吸水规律以及SPAC系统中土壤水分运移规律进行了模拟研究。     

扩散模拟型流域地貌汇流模型

根据概念性流域地貌汇流模型的一般理论，以概念性元素“扩散模拟河段”模拟各级单元河道的汇流作用，建立 以洪水波的波速和扩散系数为参数的扩散模拟型流域地貌汇流模型。     

基于地块汇流网络的小流域水沙运移模拟方法研究

全流域逐地块水土流失计算,是目前水土保持定量评价的重要手段,其实现过程既需要有考虑地貌因子和上下游关系的土壤侵蚀模型,也需要建立全流域地块汇流网络,并与侵蚀模型有机连接。本文针对黄土高原特殊的地理条件和水土流失规律,对传统的基于栅格的小流域汇流技术进行了改进,考虑地块间上下游汇流关系,建立了基于地块的水沙汇流网络模型,模拟水沙在流域复杂下垫面的汇流过程,提取出流域各地块间的水沙汇流网络,并计算出3个重要参数:流域地块间水沙汇流的顺序、流域地块间水沙汇流数目的空间分配、水沙流经各地块的坡长。将土壤侵蚀模型按地貌部位与特征分为坡面模型、沟坡模型和沟道输移模型,与地块汇流网络有机集成,实现了水沙运移的全流域按地块沿程计算。     

阿拉尔绿洲灌区棉田土壤水分扩散率的测定

土壤水分扩散率是研究土壤水盐运动的重要参数之一。在室内用非稳定流水平土柱法对塔里木河流域阿拉尔绿洲灌区棉田土壤水分扩散率进行了测定。建立了Boltzmann变换参数、土壤水分扩散率与土壤含水率之间的定量关系。结果表明:土壤水分扩散率与土壤含水率呈单调递增关系。当土壤含水率趋近饱和含水率时,土壤水分扩散率趋近于无穷大。因此,用指数函数或幂函数不能很好地刻画土壤水分扩散系数与土壤的体积含水量之间的定量关系。本文建立的土壤水分扩散率与土壤含水率之间的函数关系较好地反映了土壤水分扩散系数与土壤的体积含水量之间的客观规律。     

水文循环模拟中下垫面参数化方法综述

针对水文循环模拟中地形、土地利用覆被等流域下垫面参数化方法众多,且模拟效果相差较大的现状。本文首先根据水文循环模拟中产汇流原理,对常用水文循环模拟中产汇流模拟方法进行汇总和分类;在此基础上,对产流模拟中的降水径流相关系数法、蓄满产流和超渗产流等及汇流模拟中的等流时线、单位线、圣维南方程、马斯京根法等主要模拟方法中地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法进行分析和讨论;根据其中流域地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法对机理过程的描述程度,将其分为无明确表示类、率定型参数类、确定型参数类、物理过程表达类;进而阐明不同参数化方法中流域地形、土地利用覆被和土壤类型对水文循环模拟结果的响应和贡献。最后回归模型本质,阐述水文循环模拟中流域下垫面参数化方法中存在经验关系对复杂机理简单表述的合理性和物理机理过程描述的欠缺性问题,并预估未来水文循环模拟中下垫面参数化方法朝着简洁实用化和复杂机理化两个方向发展。     

蒸发条件下一维垂向非饱和土壤水分运动的数值模拟——以额济纳荒漠河岸胡杨林为例

根据额济纳荒漠河岸胡杨林的实际土壤层结构,建立了带有根系吸水项的垂向一维土壤水分非饱和运动基本方程,并采用有限差分法对蒸发条件下土壤水分运动方程进行离散化,编制了用于该模型数值模拟的计算程序。最后通过数值模拟对模型进行验证,结果表明,模拟值与实测值能够较好吻合,模拟精度在92%~98%之间,能较好地反映土壤水分的运动规律,为研究土壤-植被-大气连续体（SPAC）水分运移提供理论基础。     

塔克拉玛干沙漠土壤水分运动参数的计算

利用田间实测的一套土壤含水率对应基质势数据，根据Van Genuchten提出的水分特征曲线公式，用最小二乘法拟合了塔克拉玛干沙漠中部土壤的水分特征曲线方程。根据水分特征曲方程中的参数，采用Mualem提出的非饱和土壤导水率公式，推算了当地非饱和土壤导水率公式。并根据上述计算结果，推算了非饱和土壤扩散率和比水容量两个参数的计算公式。     

基于PTFs的干旱地区土壤饱和导水率的尺度扩展

土壤饱和导水率的空间分布是流域水文模拟及溶质运移研究的先决条件.基于塔里木河干流108个剖面的土壤质地、有机质及容重等测试数据,运用4种土壤传递函数(PTFs)进行土壤饱和导水率预测与检验,分析土壤饱和导水率的空间变异性并计算合理采样数量,并通过尺度上推的方法预测流域尺度土壤水力参数的空间分布特征.结果表明:Campbell模型为4种PTFs模型中最适合本研究区的土壤传递函数.从空间分布的预测结果来看,不同层土壤饱和导水率的分布特征具有相似性,而深层土壤饱和导水率大于浅层.     

土壤理化性质空间分布及其相关关系分析

使用地理加权相关（GW correlation）与多因素方差分析对张家口地区土壤理化参数空间分异及其相关关系进行分析。结果显示：土壤理化参数具有不同的空间自相关性,各参数之间地理加权相关系数存在正负或大小差异。林地土壤养分含量与饱和导水率显著大于其他土地利用类型（P<0.05）;土壤理化参数之间相关性主要表现为坝上高原>坝下区域、栗钙土>其他土壤类型（P<0.05）。这表明,土地利用是影响张家口地区土壤理化参数空间分异的主要因素,地貌和土壤类型是影响土壤理化参数相关关系空间分异的主要因素,结果可以为认识区域土壤地域分异规律及制定生态脆弱区水土涵养措施提供数据参考。     

Variability of soil physical and hydraulic properties at the Mojave Global Change Facility,Nevada: Implications for water budget and evapotranspiration

The purposes of this study, conducted at the Mojave Global Change Facility in Nevada, USA, were to examine whether, and to what extent, spatial structure in soil physical properties would manifest as similar spatial structure in hydraulic properties and in spatial differences of evapotranspiration (ET) predictions. Soil samples were collected from 0 to 5 and 5 to 10 cm depths at each of 96 test plots. Hydraulic properties were estimated using textural properties and bulk density in the pedotransfer function method and then examined for spatial structure using variogram analysis. Results show a fining of texture at both depths in the northeast (downslope) quadrant, which led to higher water-holding capacity. Weak spatial structure was observed for most properties (ranges ～75 m). Hydraulic property data were then used as input to a one-dimensional numerical model (HYDRUS-1D) applied at each of the 96 sites for 159 days. Four different shrub cover percentages (0, 10, 20, and 30%) were used. The results showed a predominant soil evaporation-dominated water balance in the northeast quadrant of the site, regardless of plant cover. Elsewhere, plant transpiration was more dominant as percent cover decreased. Results revealed the important role that soil hydraulic properties play in near-surface water balance.     

Soils of Namaqualand: Compensations for aridity

The soil mantle in Namaqualand is immature in terms of weathering. Despite or even because of this, the diversity and spatial variability of soil physical and chemical properties is exceptionally high and could be fundamental in governing biodiversity and ecosystem function. In arid landscapes, the way the soil sheds, admits, stores, diverts and transmits water is crucially important. Namaqualand's soils possess special features, which modify water infiltration, hydraulic conductivity and subsurface storage and provision of water to plants. These include pedodermal crusts; a natural mulch of surface gravel or desert pavement; water-repellent soils with fingered infiltration of rain water; textural discontinuities at depth; subsurface horizons cemented with silica, calcite, fibrous clays or gypsum; soluble salts that affect plant water uptake osmotically; clay minerals having exceptional water-absorbing capacity and that are unique to arid environments; and a mechanism, in deeper sandy soils, for thermally induced upward transport of water vapour—a kind of nocturnal distillation—that seems to lessen the need for plants to root deeply.Superimposed on this already impressive pedodiversity are the almost ubiquitous heuweltjies—broad, low mounds which add further complexity to fluxes of water, salts, energy and nutrients in the landscape.     

绿洲棉田非饱和土壤导水率的野外试验研究

非饱和土壤导水率是研究土壤水盐运动的重要参数之一,其测定方法很多。根据Libardi等人提出的野外测定非饱和土壤导水率的θ法,通过在阿克苏水平衡试验站棉田的试验,求得了该站绿洲棉田的非饱和土壤导水率,建立了计算非饱和土壤导水率的经验公式,将θ法与毛细管模型确定的非饱和土壤导水率与土壤含水率的关系进行了比较,并分析了θ法的误差来源。研究结果表明:θ法简单实用,是一种野外测定非层状土壤非饱和导水率的行之有效方法。     

古尔班通古特沙漠南部风沙土性状在沙垄尺度上的空间变异

在新疆古尔班通古特沙漠南部纵向沙垄上,按5 m×5 m的网格采集浅层风沙土组合样品184件,调查植被样方100个,并测试了风沙土质地、pH、盐分、含水量、全N含量和有机质含量等理化性状。研究发现:受沙垄地貌和植被格局的影响,风沙土性状具有中等到强烈的空间相关性,空间依赖范围(变程)介于21.3~74.8m,大致对应着单一沙垄宽度或垄间地-沙垄-垄间地的地貌单元宽度。利用地统计分析求得不同取样尺度上的分维D。风沙土质地(粒径、平均粒径、分选系数)和盐分(电导率)及养分(有机质和全N含量)在0~40m的取样间隔下,D较大,空间变异程度基本处于中高水平;在90~150m的取样间隔下,D骤减,空间异质性大大增强。风沙土含水量的空间变异强度曲线为几段式形态,并且分维依次递减。     

Soil erosion in China based on the 2000 national remote sensing survey

This paper discussed the spatial distribution of soil erosion in China at the end of the 20th century based on the second national soil erosion survey. The result indicated soil erosion is still the prime environmental problem in China. Soil erosion mainly occurs in the western regions of China, and the slight erosion type, ion the whole, exerts the greatest impact on soil erosion pattern. The distribution of water erosion shows the impact of landforms: slight water erosion mainly in mountainous and hilly areas, and half of violent water erosion on the loess landforms. Farmland, forestland and grassland are the major land use types of slight hydraulic erosion distribution, while the serious hydraulic erosion and slight wind erosion mainly occur on grassland. Thus, the conservation of the grassland is the key to either hydraulic and wind erosion control. The huangmian soil (a major type of cultivated soil developed from loess mother material) is the one facing the most serious threat from soil erosion in Chinas soil resources. Further discussion on the soil erosion distribution still needs more research on the method and relevant data analysis.     

雷州半岛土壤渗透性及其与地下水补给关系

对雷州半岛土壤渗透性进行了分析,并结合地形地貌、降雨入渗补给情况,识别地下水潜在补给区。雷州半岛土壤渗透性空间差异较大,饱和渗透系数变化范围为 0.04~8.83 m/d。总体而言,半岛南部、遂溪西北部渗透性较好,中部较差。土壤渗透系数受到土地利用类型、土壤粒径、土壤有机质等的影响。随着土壤中值粒径和有机质含量的增加,土壤渗透系数增加。不同土地利用类型,其土壤平均渗透性优劣表现为：荒地＞桉树林＞甘蔗＞菜地＞菠萝＞其他林地＞香蕉＞苗圃＞坡稻＞水稻田。降雨入渗补给系数南北高、中间低,随着土壤渗透系数增加而提高。半岛南部石茆岭和石板岭一带,地势高,坡度较缓,同时土壤渗透性和降雨入渗补给系数相对较高,为雷州半岛地下水潜在补给区。     

人工模拟降雨下细沟与细沟间流速的沿程分布

径流流速不仅是坡面径流的重要水动力学特性,而且是计算其他水力特性及侵蚀产沙的重要参数,本文目的在于研究坡面细沟流和细沟间薄层水流流速沿坡面的变化过程,比较细沟和细沟间径流流速的差别。实验选取1m、2．5m、4m、5．5m、7m、8．5m和10m共7个坡长的小区（均为5。）,装填粉壤土,采用历时2h、总雨量121mm的变...