本文關(guān)鍵詞：農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)與灌溉需水量隨機(jī)模擬　出處：《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：土壤水分和灌溉需水量是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程和農(nóng)業(yè)水資源管理的核心與基礎(chǔ),準(zhǔn)確認(rèn)知土壤水分動(dòng)態(tài)過(guò)程和灌溉需水量變化規(guī)律并建立估算模型具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。土壤水分和灌溉需水量是大氣、土壤、作物、地下水、灌溉等因子長(zhǎng)期綜合作用的結(jié)果,其動(dòng)態(tài)過(guò)程具有強(qiáng)烈的非線(xiàn)性和不確定性,因此,有必要采用概率統(tǒng)計(jì)的思想進(jìn)行研究。本文以華北南部山前平原夏玉米為研究對(duì)象,以土壤水分動(dòng)態(tài)過(guò)程為核心,采用水量平衡原理、概率統(tǒng)計(jì)和微積分理論對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分通量、灌溉需水量的變化特征及規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和定量模擬,主要結(jié)論如下:(1)系統(tǒng)分析了夏玉米生長(zhǎng)季水文氣象因子在年尺度上的動(dòng)態(tài)變化特征和隨機(jī)分布規(guī)律,探討了土壤水分動(dòng)態(tài)與氣候波動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系。研究結(jié)果表明,平均降水量(α)和降水頻率(λ)年變異系數(shù)分別為0.323和0.178,年變化服從Logistic分布;日平均潛在蒸散量(Emax)年變異系數(shù)為0.088,年變化服從為L(zhǎng)og Normal分布;土壤水分概率密度函數(shù)曲線(xiàn)在α、λ、Emax隨機(jī)波動(dòng)影響下呈現(xiàn)雙峰現(xiàn)象,表明處于隨機(jī)波動(dòng)條件下的夏玉米SPAC系統(tǒng)可能會(huì)趨向于兩個(gè)比較適宜的水分狀態(tài),一個(gè)為土壤相對(duì)濕潤(rùn)的狀態(tài),另一個(gè)為土壤相對(duì)干燥的狀態(tài)。(2)基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)和土壤水分動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型定量分析了α、λ和Emax長(zhǎng)期隨機(jī)波動(dòng)對(duì)夏玉米蒸散量(E)的影響。研究結(jié)果表明,α、λ和Emax長(zhǎng)期隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致夏玉米生長(zhǎng)季的蒸散量減少,當(dāng)干旱指數(shù)(Ep/P,Ep和P分別為潛在蒸散量和降水量)等于1時(shí),蒸散量的減少量最大,蒸發(fā)比(E/P)的減少比率接近10%;E/P的最大減少比率分別與α、λ和Emax的變異系數(shù)呈線(xiàn)性遞增關(guān)系;E的年變異性隨著α、λ和Emax年變異性的增加而增加,且α對(duì)E年變異性的影響顯著大于λ和Emax。研究區(qū)夏玉米生長(zhǎng)季E、P和Ep的定量關(guān)系可采用基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)的傅抱璞方程進(jìn)行描述,方程的參數(shù)ω取值為5.3。(3)構(gòu)建了具有一定普適性的農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型。通過(guò)引入土壤飽和導(dǎo)水率(Ks)和水力參數(shù)(β),建立了相對(duì)完整的土壤水分損失函數(shù)表達(dá)式,根據(jù)土壤水分概率密度函數(shù)與土壤水分損失函數(shù)的解析關(guān)系,推導(dǎo)出了不同灌水控制條件下的土壤水分概率密度函數(shù)表達(dá)式。(4)改進(jìn)了灌溉需水量估算方法�；谕寥浪謩�(dòng)態(tài)隨機(jī)模型,建立了具有物理基礎(chǔ)的灌溉需水量計(jì)算模型,模型綜合反映了灌溉需水量與降水、土壤、作物、灌溉等因子的定量關(guān)系,克服現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟蛔?為變化環(huán)境下適宜灌溉方式的選取提供了理論依據(jù)。(5)構(gòu)建了潛水蒸發(fā)作用下的農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型。在分析了潛水蒸發(fā)與潛水埋深和土壤相對(duì)含水率定量關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了潛水蒸發(fā)作用下的土壤水分損失函數(shù),并根據(jù)土壤水分概率密度函數(shù)與土壤水分損失函數(shù)的解析關(guān)系,推導(dǎo)出了土壤水分概率密度函數(shù)的解析表達(dá)式,最終形成綜合考慮土壤、作物、大氣、地下水和灌溉等因素的農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S152.7;S274

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1320434