基于和的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型

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1、水利学报年月第卷第期文章编号基于和的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型模型应用章少辉许迪李益农蔡林根国家节水灌溉工程技术研究中心北京中国水利水电科学研究院水利研究所北京摘要利用作者开发的基于和模型构建的畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数优化反演模型在不同田间灌溉实例条件下进行参数优化估值分析评价依据地表水流推进消退数据估算得到的土壤入渗参数和田面糙率系数进行畦灌地表水流运动过程模拟的效果结果表明利用基于地表水流推进数据估算的参数可很好地模拟非稳定状态下的水流推进过程但其模拟地表水流消退过程的效果却普遍较差而采用基于地表水流消退数据估算的参数虽可较好地模拟

2、稳定状态下的水流消退过程但用其模拟水流推进过程的精度却有所下降只有采用基于地表水流推进与消退组合数据估算的参数才能获得较佳的综合模拟效果与人工试算法和离散变量法估算的参数相比基于优化估值参数模拟的畦灌地表水流运动过程效果更好是改善参数估值精度的有效手段关键词畦灌入渗参数糙率系数估值水流推进水流消退中图分类号文献标识码研究背景估算土壤入渗参数和田面糙率系数是保障地面灌溉系统合理设计的重要前提条件但受土壤质地分布时空变异性影响基于田间定点观测试验确定相关参数的做法不仅工作量大且参数精度难以保证近年来随着计算技术的不断发展采用田间灌溉评价数据估算土壤入渗参

3、数和田面糙率系数的方法已在国内外得到研究探索在现有估算方法中多采用水量平衡法描述地面灌溉过程灌溉评价数据也多局限于田间观测的地表水流推进过程这并不完全适用于对整个灌溉过程的模拟分析参数估值精度受到影响根据基本遗传算法和地面灌溉一维模型构建的畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数优化反演模型可在给定的参数值域范围内开展全局性寻优在利用计算机动态解析技术对模型的执行程序进行解析处理基础上通过建立的与模型间的内部运行衔接方式和输入出文件的自动读写方式实现畦灌土壤入渗参数与田面糙率系数优化反演过程的自动化运作有效提高参数优化估值的工作效率本文利用开发的该模型依据模拟

4、的和实测的地表水流运动全过程数据间的拟合状况对不同田间灌溉实例条件下的畦灌土壤入渗参数与田面糙率系数进行优化估值分析评价依据地表水流推进消退数据优化估算的参数用来模拟地表水流运动过程的效果并对利用各种参数优化计算方法估算的结果进行分析比较收稿日期基金项目十五国家重大科技专项计划课题作者简介章少辉男河北石家庄人硕士助理工程师主要从事节水灌溉理论与技术研究试验数据与参数测定试验数据畦灌试验于年度冬小麦生长期间在河北省雄县孤庄头乡刘神堂村南田块开展表土质地为粉质壤土平均干容重表给出与个畦灌实例有关的田间试验数据和实测的土壤入渗参数和田面糙率系数的变化范围其

5、中实例实例的结果来自冬灌后两个实例的结果则来自春灌从表给出的结果可以看出在同期灌溉试验期间测定的参数间存在的差异主要缘于土壤质地的空间异质性而在不同灌溉试验期间出现的参数差别则受到时间耕后表土的自然固结沉降和冬灌引起的表土密实度增强等和空间变异性的影响参数测定田间定点入渗试验采用原理与双套环入渗仪类似的池田入渗法测定在畦田内与灌溉试验同步进行利用线性优化方法拟合经验公式确定其中的土壤入渗系数和入渗指数并基于畦田水深观测数据利用相关的水力学公式估算田面糙率系数表表与畦灌实例有关的田间试验数据和参数测定结果单宽流量畦面纵坡畦面高程灌水时间土壤入渗参数田面

6、糙率系数算例畦长?畦宽???标准偏差????实例实例实例实例实例基于估算土壤入渗参数和田面糙率系数在畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数优化反演估值过程中通常依据对田间易于实测的地表水流运动过程进行数值模拟所能达到的拟合状况判断参数最优估值的效果其中用来反映畦灌地表水流运动过程的数据包括一次完整灌水过程中涉及的地表水流推进数据地表水流消退数据以及地表水流推进与消退组合数据利用基于与模型构建的参数优化反演模型开展参数估值计算过程中根据采用的约束函数形式确定灌溉过程模拟值与观测值间的许可误差基于优化算法的特点设置优化计算跳转条件当仅使用地表水流推进数据时若模拟

7、的地表水流运动过程与田间观测值间的平均相对误差满足的许可误差时优化计算自行终止当仅使用地表水流消退数据时考虑到畦面微地形起伏状态对人为目测判断水流消退时间有较大影响故许可误差设置为当同时使用地表水流推进与消退组合数据时相应的组合许可误差是根据算法的特点当目标函数值随着迭代次数增加趋于稳定时可认为此时对应的函数值为最优结果基于地表水流推进数据的参数优化估值与表列出的实测结果相比表给出的基于地表水流推进数据优化估算的参数值均位于相应的田间实测值变化范围内这意味着估算结果具有明确的物理意义如表所示除实例外其余实例模拟的地表水流推进过程与田间观测结果间的平均

8、相对误差都小于的许可误差满足规定的模拟精度图显示的结果表明依据表给出的参数优化估值模拟的地表水流推进过程能够