区域尺度土壤入渗特征参数的变异性研究

摘要

土壤水分入渗特征参数的空间变异规律是区域尺度参数估值的基础。本文以杨陵地区为例进行野外双环入渗试验研究，选择两种常用模型(Kostiakov模型和Philip模型)对土壤入渗参数进行模拟，通过模拟累积入渗量与时间的关系曲线，比较各个测点的相关系数，得到Philip模型为最适合本区域的入渗模型。然后从土壤入渗试验过程中存在的点面转化问题和区域较大尺度入渗的空间变异问题入手，分析部分测点的模型参数与土壤质地的关系，并运用标定理论与地统计学结合的方法对标定系数的空间变异特征进行分析，在结构分析的基础上进行空间估值与区域趋势研究，不仅对进一步研究大尺度水文转化具有重要的基础理论意义，还对区域灌溉设计和水资源利用的研究具有重要的现实意义。论文的主要研究和结论概括如下： 1)根据野外实测的土壤水分入渗资料，运用常用模型进行模拟，得到两种模型的相关参数，并通过对模型参数的相关性分析得到适合研究区域的入渗模型，对其他区域的土壤入渗研究提供借鉴意义。 2)在对适合研究区域的模型参数(S和A)进行标定的基础上，对标定系数as和aA标定的区域累积入渗量一时间关系进行模拟，通过对比用aA标定后的累积入渗与时间关系曲线与用as标定后的曲线找到更适合本区域的标定系数。 3)运用ARCGIS软件的表面预测功能进行模拟，分析标定系数在研究区域上的局部变异和整体趋势，生成区域标定系数的空间等值线图，就可以由标定系数随机模拟得到某一具体时刻的土壤入渗量的空间分布，不仅为定量分析土壤水分运动、研究土壤水分入渗的空间分布提供理论基础，节约了人力物力，还对其他区域的入渗研究起到了极大的借鉴作用。 4)在优选区域标定系数的基础上，对标定系数的经纬度进行坐标转换，绘制区域尺度上的变差函数图，分别从各向同性和各向异性两个角度分析区域化变量．标定系数在空间上的变异情况，在求得理论变差函数模型中的各参数后，进行结构套合，建立了区域标定系数的半方差模型，然后选用地质统计学中适当的克里格方法对研究区域标定系数进行空间最优估值，最后对模拟的结果进行检验，从而得出结论：在步长间隔600m下，研究区域的标定系数存在较强空间相关性，其相关距离为3500m。测点的采样间隔应在100～400m为宜，这样才能较为准确的表述空间结构引起的变异。且标定系数沿西北方向的趋势较为明显。

目录

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第一章绪论

1.1研究目的与意义

1.2国内外的研究进展

1.2.1土壤水分入渗基本理论

1.2.2土壤水分入渗模型的研究进展

1.2.3对土壤水分特征及状态参数的研究

1.2.4对土壤入渗水分特征的影响因素

1.3本文拟开展的工作与研究方法

1.3.1拟开展的研究工作

1.3.2拟解决的关键问题

第二章非饱和土壤水分入渗模型参数拟合及模型选优

2.1试验区概况

2.1.1试验区概况

2.1.2野外入渗的选点及试验方法

2.1.3土壤初始含水量的测定

2.2土壤水分入渗模型及模型参数变化特征

2.2.1土壤水分入渗模型的优选

2.2.2拟合参数的相关系数分析

2.2.3区域测点入渗特征分析

2.2.4部分测点入渗特征分析

2.2.5无因次化验证

2.3 小结

第三章土壤特性空间变异性与土壤水分入渗参数的标定研究

3.1土壤特性空间变异性

3.2非饱和土壤水分入渗参数的空间变异性

3.3模型参数的标定及标定方法的研究

3.3.1标定理论简介

3.3.2标定理论的研究进展

3.3.3Philip模型参数的标定

3.4标定系数在实际标定中的应用与优选

第四章土壤水分入渗特征参数的空间变异分析

4.1经典统计分析概论

4.1.1土壤特性的统计特征值计算

4.1.2土壤特性数据的正态分布性检验

4.2地质统计学概述

4.2.1地统计学方法

4.2.2区域化变量理论

4.2.3变差函数

4.2.4 Kriging估值法

4.3土壤特征入渗参数空间变异性的经典统计分析

4.3.1标定系数的统计特征值及分析

4.3.2标定系数的频率分布

4.4标定系数的空间结构分析

4.4.1各向同性下标定系数的空间变异分析

4.4.2各向异性下标定系数的空间变异分析

4.4.3区域半方差模型的建立

4.4.4实验变差函数的验证

4.5区域标定系数的趋势分析

4.6区域标定系数的预测与误差分析

4.6.1区域标定系数的预测

4.6.2区域标定系数的误差分析

4.7小结

第五章结论与讨论

5.1结论

5.2进一步研究的问题

参考文献

致 谢

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