一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法技术

本发明专利技术涉及一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法，包括步骤：对各测试点的土壤入渗参数实测数据进行K‑S正态性检验；得到服从正太分布的土壤入渗参数理论数据；计算土壤入渗参数理论数据的实验变异函数，并用理论变异函数模型对其进行拟合，得到土壤入渗参数的理论半方差函数；根据理论半方差函数及统计特征值，计算土壤入渗参数的非条件模拟值

The soil infiltration parameters calculation method of a field scale

The invention relates to a field scale soil infiltration parameters measurement method, which comprises the following steps: for each test point of the soil infiltration parameters by using the measured data of K S normality test; obeyed teenage boy soil infiltration parameters distribution theory; calculation of soil infiltration parameters according to the experimental variogram theory, and the fitting with the variation function model, soil infiltration parameters theory of semi variance function; according to the theory of semi variance function and statistical characteristic value, non conditional calculation of soil infiltration parameters simulation value

【技术实现步骤摘要】
一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法
本专利技术涉及灌溉
，尤其涉及一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法。
技术介绍
灌溉系统中土壤入渗空间变异客观存在，且对灌溉过程和灌溉性能有较大影响。且当田面平整精度越高，入渗空间变异对畦灌性能的影响越显著。为适应农业规模化、现代化发展需要，土地平整精度要求越来越高，因此，在地面灌溉系统设计和田间灌溉管理中需考虑土壤入渗空间变异对灌溉性能的影响。但在相关研究中，均需借助实地测定的土壤入渗参数数据描述土壤入渗的空间变异性，而实际获取土壤入渗数据的有限性和局限性会影响利用数值模拟手段评价土壤入渗空间变异性对畦灌性能影响的灵活性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法，基于田块尺度上的测试点的土壤入渗参数，通过计算土壤入渗参数的变异函数，获取土壤入渗参数的空间变异特征，利用非条件模拟和Kriging插值，计算田块尺度上任意点的土壤入渗参数值，为灌溉模拟提供技术支持。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对待测区域选定的各测试点的土壤入渗参数实测数据进行K-S正态性检验；并对不服从正态分布的土壤入渗参数实测数据进行正态转换，得到服从正态分布的土壤入渗参数数据；S2、计算服从正太分布的土壤入渗参数数据的实验变异函数，并用理论变异函数模型对其进行拟合，得到土壤入渗参数的理论变异函数；S3、根据土壤入渗参数的理论变异函数及其统计特征值，计算已测区域土壤入渗参数的非条件模拟值及待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值Zs；S4、将各测试点的土壤入渗参数实测数据及土壤入渗参数的非条件模拟值进行Kriging插值，得到各测试点的土壤入渗参数的Kringing插值Z*ok和土壤入渗参数非条件模拟值的kriging插值S5、根据步骤S3得到的待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值Zs以及步骤S4得到的Kringing插值Z*ok和Kringing插值计算待测区域未测位置的土壤入渗参数值Zcs＝Zs+Z*ok-Z*sok。进一步地，步骤S2的实验变异函数的计算公式为：式中，h表示分离距离，即任意两个测试点之间的距离；ai为测试点的坐标，N(h)表示分离距离为h的变异函数的个数；Z(ai)表示坐标点ai的参数；Z(ai+h)表示坐标点ai+h的参数。进一步地，步骤S2的理论变异函数模型为球状模型：式中，C0为块金值；(C0+C1)为基台值；R为变差距离或相关尺度；h表示分离距离,a为土壤入渗参数；C1。进一步地，步骤S3的非条件模拟值计算过程为：S3-1、根据傅里叶转动带，给定入渗参数实测数据的方差σ2和均值；设定转动带数，即均匀布置在平面中直线的数量L，每条直线上谐波的数量M，最大频率Ω；设定各待测点的坐标向量：(x1，y1)，(x2，y2)，…(xn，yn)；其中x1表示第一个待测点的横坐标；y1表示第一个待测点的纵坐标；x2、y2以此类推；n表示待测点的个数；S3-2、计算各待测点(xj，yj)在第i条件线上的投影值t(j,i)：t(j,i)＝(xj,yj)·(cosθi,sinθi)＝xjcosθi+yjsinθjθi＝2πi/L，i＝1,2,…,n其中，θi表示第i条直线与0度直线的夹角；S3-3、计算各待测点坐标向量的一维模拟值zi(j,i)：式中，是一个独立的随机变量，在[0,2π]均匀分布；dω＝Ω/M，M为每条直线上谐波的数量，Ω为最大的频率值；ωk＝(k-1/2)dω，ωk’＝ωk+δω，δω是一个独立的随机变量，在[-ωk’/2，ωk’/2]均匀分布；f(ωk)为理论变异函数对应的径向频谱密度函数；σ2为入渗参数实测数据的方差；S3-4、根据一维模拟值计算各点的二维模拟值：其中L表示平面上直线的条数，i表示第i条直线，j表示第j个待测点。进一步地，待测区域未测位置的土壤入渗参数值Zcs的计算公式为：Zcs＝Zs+Z*ok-Z*sok。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的田块尺度上任意点土壤入渗参数的测算方法，不需要测量田块的全部数据，只需测量待测区域选定的各测试点的土壤入渗参数数据，根据选定区域的土壤入渗参数数据计算土壤入渗参数的非条件模拟值及待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值，减少了测量环节，节约了测量时间和相应设备投入，极大提高了测量效率，能为优化地面灌溉系统设计和提高田间灌溉管理水平提供技术支持。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法，包括以下步骤：S1、对待测区域选定的各测试点的土壤入渗参数实测数据进行K-S正态性检验；并对不服从正态分布的土壤入渗参数实测数据进行正态转换，得到服从正态分布的土壤入渗参数数据；S2、计算服从正太分布的土壤入渗参数数据的实验变异函数，并用理论变异函数模型对其进行拟合，得到土壤入渗参数的理论变异函数；实验变异函数的计算公式为：式中，h表示分离距离，即任意两个测试点之间的距离；ai为测试点的坐标，N(h)表示分离距离为h的变异函数的个数；Z(ai)表示坐标点ai的参数；Z(ai+h)表示坐标点ai+h的参数。理论变异函数模型包括球状模型、指数模型、高斯模型、纯块金模型和幂函数模型等，其中最常用的是球状模型和高斯模型，笨专利技术采用球状模型：式中，C0为块金值；(C0+C1)为基台值；R叫做变差距离(变程)或相关尺度。块金值是在极短的样本距离(h≈0)之间变异函数从原点的跳升值(不连续性)，是由样本误差和短距离的变异引起的。S3、根据土壤入渗参数的理论变异函数及其统计特征值，计算已测区域土壤入渗参数的非条件模拟值及待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值Zs；非条件模拟计算方法：给出要模拟的土壤入渗参数的方差值、均值和理论变异函数形式及参数值；给出转动带数，即均匀布置在平面上直线的数量L，每条直线上谐波的数量M，最大的频率值Ω，一般这些参数设为L＝16，M＝100，Ω＝30/a；给出模拟点的坐标：(x1，y1)，(x2，y2)，…(xn，yn)；计算坐标向量(xj，yj)在第i条件线上的投影值：t(j,i)＝(xj,yj)·(cosθi,sinθi)＝xjcosθi+yjsinθjθi＝2πi/L，i＝1,2,…,n进行一维模拟：式中，是一个独立的随机变量，在[0,2π]均匀分布；dω＝Ω/M，M为每条直线上谐波的数量，Ω为最大的频率值；ωk＝(k-1/2)dω，ωk’＝ωk+δω，δω是一个独立的随机变量，在[-ωk’/2，ωk’/2]均匀分布；f(ωk)为理论变异函数对应的径向频谱密度函数；σ2为入渗参数实测数据的方差；计算二维上的各点模拟值：S4、将各测试点的土壤入渗参数实测数据及土壤入渗参数的非条件模拟值进行Kriging插值，得到各测试点的土壤入渗参数的Kringing插值Z*ok和土壤入渗参数非条件模拟值的kriging插值S5、根据步骤S3得到的待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值Zs以及步骤S4得到的Kringing插值Z*o本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对待测区域选定的各测试点的土壤入渗参数实测数据进行K‑S正态性检验；并对不服从正态分布的土壤入渗参数实测数据进行正态转换，得到服从正态分布的土壤入渗参数数据；S2、计算服从正太分布的土壤入渗参数数据的实验变异函数，并用理论变异函数模型对其进行拟合，得到土壤入渗参数的理论变异函数；S3、根据土壤入渗参数的理论变异函数及其统计特征值，计算已测区域土壤入渗参数的非条件模拟值

【技术特征摘要】
1.一种田块尺度的土壤入渗参数测算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对待测区域选定的各测试点的土壤入渗参数实测数据进行K-S正态性检验；并对不服从正态分布的土壤入渗参数实测数据进行正态转换，得到服从正态分布的土壤入渗参数数据；S2、计算服从正太分布的土壤入渗参数数据的实验变异函数，并用理论变异函数模型对其进行拟合，得到土壤入渗参数的理论变异函数；S3、根据土壤入渗参数的理论变异函数及其统计特征值，计算已测区域土壤入渗参数的非条件模拟值及待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值Zs；S4、将各测试点的土壤入渗参数实测数据及土壤入渗参数的非条件模拟值进行Kriging插值，得到各测试点的土壤入渗参数的Kringing插值Z*ok和土壤入渗参数非条件模拟值的kriging插值S5、根据步骤S3得到的待测区域未测位置的土壤入渗参数的非条件模拟值Zs以及步骤S4得到的Kringing插值Z*ok和Kringing插值计算待测区域未测位置的土壤入渗参数值Zcs。2.根据权利要求1所述的田块尺度的土壤入渗参数测算方法，其特征在于，所述步骤S2的实验变异函数的计算公式为：式中，h表示分离距离，即任意两个测试点之间的距离；ai为测试点的坐标，N(h)表示分离距离为h的变异函数的个数；Z(ai)表示坐标点ai的参数；Z(ai+h)表示坐标点ai+h的参数。3.根据权利要求2所述的田块尺度的土壤入渗参数测算方法，其特征在于，所述步骤S2的理论变异函数模型为球状模型：式中，C0为块金值；(C0+C1)为基台值；R为变差距离或相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦天玲，刘姗姗，翁白莎，史婉丽，王刚，张诚，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11