一种灌水频率与强度的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种灌水频率与强度的确定方法，属于灌溉领域。所述方法通过接收用户输入的多个灌水强度集合，然后计算出每个灌水强度集合对应的水分利用率，水分利用率越高的灌水强度集合，造成的水资源利用率越高，水分利用率越低的灌水强度集合，造成的水资源利用率越低。在本实施例中，输出水分利用率最高的灌水强度集合包括的每个灌水强度以及每个灌水强度对应的灌水持续时间和灌水起始时间，供用户对作物进行灌水，从而提高了水资源的利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种灌水频率与强度的确定方法
本专利技术涉及灌溉领域，特别涉及一种灌水频率与强度的确定方法。
技术介绍
农田灌水频率指灌水间隔的时长，农田灌水强度指每次灌水的水量，农田灌水频率和灌水强度是拟定农田灌溉计划需要确定的重要内容。少数有条件的地区，通常采用农田灌溉试验方法来确定灌水频率和灌水强度，其他地区只能依靠以往的灌水经验确定。然而，试验方法确定灌水频率和灌水强度是一项费时费力的工作，不同地区的灌水频率和灌水强度也不能通用，因此，目前大部分地区仅凭经验来拟定农田灌溉计划，造成水资源利用效率低下。
技术实现思路
为了提高水资源的利用效率，本专利技术提供了一种灌水频率与强度的确定方法。所述技术方案如下：本专利技术提供了一种灌水频率与强度的确定方法，所述方法包括：接收用户输入的多个灌水强度集合、下边界条件方程的方程名称、T个单位时段内的每个单位时段的理论蒸腾强度、所述每个单位时段的下边界水分通量和待测试土壤中的Z个位置点中每个位置点在第0单位时段的土壤含水率，所述Z个位置点位于同一条直线上且所述直线垂直于所述待测试土壤的表面，所述Z个位置点中相邻两位置点之间的间隔为预设距离，所述多个灌水强度集合中的任一个灌水强度集合包括多个灌水强度以及所述多个灌水强度中的每个灌水强度对应的灌水持续时间和灌水起始时间；建立所述方程名称对应的下边界条件方程；根据目标灌水强度集合中包括每个灌水强度对应的灌水起始时间，确定所述目标灌水强度集合中是否定义在第i个单位时段内灌水，所述目标灌水强度集合是所述多个灌水强度集合中的任一个灌水强度集合，i＝1、2、3……T，T为大于0的整数；如果没有定义在第i个单位时段内灌水，则根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率计算第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率根据所述表层平均体积含水率构建上边界方程，且所述上边界方程为如下公式(1)所示的第i单位时段的目标上边界方程：在公式(1)中，ES(i)为第i单位时段内的土壤蒸发强度；θ1和θ2分别为预设的表层土壤平均体积含水率，ES0为预设水面蒸发强度，a、b为预设值；如果定义在第i个单位时段内灌水，根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率建立第i单位时段的目标上边界方程；根据所述下界条件方程、所述目标上边界方程和预设的土壤含水率分布变化模型计算第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率；根据第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率，按如下公式(2)计算第i个单位时段内作物的实际蒸腾量在公式(2)中，为第z个位置点在第i个单位时段内的土壤含水率，L(i)为作物根系在第i个单位时段内的生长长度，EC(i)为第i单位时段的理论蒸腾强度，Δz为相邻两个位置点之间的距离，Δt为单位时段的时长，A、θmax和θmax为别为预设值；根据T个单位时段中的每个单位时段内作物的实际蒸腾量和所述目标灌水强度集合，按如下公式(3)计算所述目标灌水强度集合对应的水分利用率fm；在公式(3)中，I(i)是所述目标灌水强度集合中定义的第i个单位时段内的灌水强度，t(i)为第i单位时段内的灌水持续时间；从所述多个灌水强度集合中选择最大水分利用率对应的灌水强度集合；输出所述选择的灌水强度集合包括的每个灌水强度以及所述每个灌水强度对应的灌水持续时间和灌水起始时间。可选的，所述建立所述方程名称对应的下边界条件方程，包括：在所述方程名称为定水头边界时，建立如下公式(4)所示的第一下边界条件方程为：在公式(4)式中，hz为下边界定水头，为预设值，为第Z个位置点在第i单位时段的土壤负压水头；在所述方程名称为通量边界，建立如下公式(5)所示的第二下边界条件方程为：在公式(5)中，h为土壤负压水头，α为所述待测试土壤与水平面之间的夹角；K为土壤导水率；σ(i)为第i单位时段内的下边界水分通量；其中，Ks为土壤饱和导水率，为预设值，h为土壤负压水头；θs、θr分别为饱和含水率和残余含水率，均为预设值；a、n均为预设参数；在所述方程名称为自由排水边界，建立如下公式(6)所示的第三下边界条件方程为：可选的，所述根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率计算第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率根据所述表层平均体积含水率构建上边界方程，且所述上边界方程为如下公式(1)所示的第i单位时段的目标上边界方程，包括：根据第1个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率、第2个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率和第3个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率，计算出第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率并建立如公式(1)所示的第一上边界条件方程，其中第1个位置点位于所述待测试土壤的表面；根据所述下边界条件方程、如公式(1)所示的第一上边界条件方程和如下公式(7)所示的预设的土壤含水率分布变化模型，计算出所述每个位置点在第i单位时段的中间土壤含水率根据第1个位置点在第i单位时段的中间土壤含水率、第2个位置点在第i单位时段的中间土壤含水率和第3个位置点在第i单位时段的中间土壤含水率，重新计算出第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率根据重新计算出的表层平均体积含水率重新构建如公式(1)所示的目标上边界方程。可选的，所述如果定义在第i个单位时段内灌水，根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率建立第i单位时段的目标上边界方程，包括：建立如下公式(8)所述的第二上边条件方程，根据所述下边界条件方程、如公式(8)所示的第二上边界条件方程和如公式(7)所示的预设的土壤含水率分布变化模型，计算出所述每个位置点在第i单位时段的中间土壤含水率如果第1个位置点在第i单位时间段的的中间土壤含水率小于预设值θs，则确定地表土壤含水率是未达到饱和，则将所述公式(8)所述的第二上边条件方程确定为目标上边条件方程。可选的，所述方法还包括：如果地表土壤含水率达到饱和，则构建的目标上边界条件方程为如下公式(9)所示的第三上边界方程：式中，为第1个位置点在第i+1个单位时段内的水头；k1、k2为地表积水开始和结束时刻；zxjl(i+1)、zxjl(i)分别为第i+1和第i单位时段内地表的积水深度；ZXNL为地表植被滞蓄能力，为预设数值；RS(i+1)为第i+1单位时段内的入渗强度，dt(i+1)为第i+1单位时段的时间步长；当地表积水深度zxjl(i+1)小于地表植被滞蓄能力ZXNL时，受植被滞蓄作用新产生的超渗产流滞蓄在地表，形成静水压力水头，数值上与积水深度相等；当地表积水深度zxjl(i+1)大于地表植被滞蓄能力ZXNL时，超过地表滞蓄能力的积水形成径流流走，此时地表积水深度达到最大，数值上与地表植被滞蓄能力相等。可选的，所述根据所述下界条件方程、所述目标上边界方程和预设的土壤含水率分布变化模型计算第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率，包括：第一步：将第i-1个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率作为第i个单位时段内所述每个位置点的第一土壤含水率第二步：根据所述下界条件方程、所述目标上边界方程和预设的土壤含水率分布变化模型计算第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率将所述第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率作为第二土壤含水率第三步：确定第i个单位时段内所述每个位置点的第一土壤含水率和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种灌水频率与强度的确定方法，其特征在于，所述方法包括：接收用户输入的多个灌水强度集合、下边界条件方程的方程名称、T个单位时段内的每个单位时段的理论蒸腾强度、所述每个单位时段的下边界水分通量和待测试土壤中的Z个位置点中每个位置点在第0单位时段的土壤含水率，所述Z个位置点位于同一条直线上且所述直线垂直于所述待测试土壤的表面，所述Z个位置点中相邻两位置点之间的间隔为预设距离，所述多个灌水强度集合中的任一个灌水强度集合包括多个灌水强度以及所述多个灌水强度中的每个灌水强度对应的灌水持续时间和灌水起始时间；建立所述方程名称对应的下边界条件方程；根据目标灌水强度集合中包括每个灌水强度对应的灌水起始时间，确定所述目标灌水强度集合中是否定义在第i个单位时段内灌水，所述目标灌水强度集合是所述多个灌水强度集合中的任一个灌水强度集合，i＝1、2、3……T，T为大于0的整数；如果没有定义在第i个单位时段内灌水，则根据所述每个位置点在第i‑1单位时段的土壤含水率计算第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率

【技术特征摘要】
1.一种灌水频率与强度的确定方法，其特征在于，所述方法包括：接收用户输入的多个灌水强度集合、下边界条件方程的方程名称、T个单位时段内的每个单位时段的理论蒸腾强度、所述每个单位时段的下边界水分通量和待测试土壤中的Z个位置点中每个位置点在第0单位时段的土壤含水率，所述Z个位置点位于同一条直线上且所述直线垂直于所述待测试土壤的表面，所述Z个位置点中相邻两位置点之间的间隔为预设距离，所述多个灌水强度集合中的任一个灌水强度集合包括多个灌水强度以及所述多个灌水强度中的每个灌水强度对应的灌水持续时间和灌水起始时间；建立所述方程名称对应的下边界条件方程；根据目标灌水强度集合中包括每个灌水强度对应的灌水起始时间，确定所述目标灌水强度集合中是否定义在第i个单位时段内灌水，所述目标灌水强度集合是所述多个灌水强度集合中的任一个灌水强度集合，i＝1、2、3……T，T为大于0的整数；如果没有定义在第i个单位时段内灌水，则根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率计算第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率根据所述表层平均体积含水率构建上边界方程，且所述上边界方程为如下公式(1)所示的第i单位时段的目标上边界方程：在公式(1)中，ES(i)为第i单位时段内的土壤蒸发强度；θ1和θ2分别为预设的表层土壤平均体积含水率，ES0为预设水面蒸发强度，a、b为预设值；如果定义在第i个单位时段内灌水，根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率建立第i单位时段的目标上边界方程；根据所述下界条件方程、所述目标上边界方程和预设的土壤含水率分布变化模型计算第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率；根据第i个单位时段内所述每个位置点的土壤含水率，按如下公式(2)计算第i个单位时段内作物的实际蒸腾量在公式(2)中，为第z个位置点在第i个单位时段内的土壤含水率，L(i)为作物根系在第i个单位时段内的生长长度，EC(i)为第i单位时段的理论蒸腾强度，Δz为相邻两个位置点之间的距离，Δt为单位时段的时长，A、θmax和θmax为别为预设值；根据T个单位时段中的每个单位时段内作物的实际蒸腾量和所述目标灌水强度集合，按如下公式(3)计算所述目标灌水强度集合对应的水分利用率fm；在公式(3)中，I(i)是所述目标灌水强度集合中定义的第i个单位时段内的灌水强度，t(i)为第i单位时段内的灌水持续时间；从所述多个灌水强度集合中选择最大水分利用率对应的灌水强度集合；输出所述选择的灌水强度集合包括的每个灌水强度以及所述每个灌水强度对应的灌水持续时间和灌水起始时间。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述方程名称对应的下边界条件方程，包括：在所述方程名称为定水头边界时，建立如下公式(4)所示的第一下边界条件方程为：在公式(4)式中，hz为下边界定水头，为预设值，为第Z个位置点在第i单位时段的土壤负压水头；在所述方程名称为通量边界，建立如下公式(5)所示的第二下边界条件方程为：在公式(5)中，h为土壤负压水头，α为所述待测试土壤与水平面之间的夹角；K为土壤导水率；σ(i)为第i单位时段内的下边界水分通量；其中，Ks为土壤饱和导水率，为预设值，h为土壤负压水头；θs、θr分别为饱和含水率和残余含水率，均为预设值；a、n均为预设参数；在所述方程名称为自由排水边界，建立如下公式(6)所示的第三下边界条件方程为：3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个位置点在第i-1单位时段的土壤含水率计算第i个单位时段内待测试土壤的表层平均体积含水率根据所述表层平均体积含水率构建上边界方程，且所述上边界方程为如下公式(1)所示的第i...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国华，谢崇宝，皮晓宇，
申请(专利权)人：中国灌溉排水发展中心，北京中灌绿源国际咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11