盐渍化灌区多尺度土壤水力特征参数时空变异规律与转换技术研究

本课题以内蒙古河套灌区为研究对象，通过三个不同尺度较为封闭的水文区域的不同嵌套网格土壤取样设计，结合Hydro-Gen数值模拟实验，进行不同尺度下土壤水力参数的空间变异规律和区域参数估计方法的研究。将土壤物理学，土壤水文学,地质统计学、分形理论、人工智能技术、数学实验、随机理论及贝叶斯统计学、小波变换、GIS等多学科理论与技术交叉结合起来进行不同尺度下土壤水力参数转换理论与技术研究，寻求具有地区特色和科学理论支撑的科学实用的区域参数推演技术和方法，并将SWAP模型、GIS及MODFLOW模型进行耦合，对不同尺度下浅地下水埋深、盐渍化灌区的参数进行验证，通过不同节水水平下灌区区域水盐动态、地下水变化的情景模拟，对研究区的节水改造环境效应及节水阈值进行初步应用评价，为整个河套灌区的节水规划、灌区管理决策提供科学依据。同时为国内类似地区的研究提供指导。

为了获得不同空间尺度过程或特性变异性的可靠估值及预测人类活动（如节水工程改造、节水灌溉）对灌溉农业生态系统的影响，本课题以内蒙古河套灌区为研究对象，通过沙濠渠1km*1km、解放闸4km*4km和河套灌区8km*8km三个不同尺度的水文区域嵌套网格设计共257个采样点四层共1028个样本为基础，结合土壤物理学，土壤水文学,地质统计学、人工智能技术、贝叶斯理论、GIS 等多学科理论与技术进行不同尺度下土壤特征参数空间变异规律研究、不同尺度下土壤特征参数尺度效应、转换技术研究及不同尺度下基于GSPAC 系统的SWAP-GIS 耦合模型参数验证与灌区节水阈值研究。以达到寻求具有地区特色和科学理论支撑的科学实用的区域参数推演技术和方法的目的，及通过不同节水水平下灌区区域水盐动态的情景模拟，对研究区的节水改造环境效应及节水阈值进行初步应用评价，为整个灌区的节水规划、管理决策提供科学依据。.通过大量的实验完成土壤质地、有机质、EC值、土壤特征含水率、容重、饱和导水率及水分特征曲线的测定；通过ARCGIS地统计方法及神经网络方法实现不同尺度下土壤特征参数的空间变异规律和参数估计方法的研究；完成基于遗传算法的田间尺度土壤水力参数与溶质运移参数优化，得出仅采用ETa作观测数据时，参数优化效果相对欠佳，而结合ETa与表土含水率后可提高优化精度，而且在引入子体优生策略可提高GA的参数优化效率和精度；确定激光粒度仪这种新型的颗粒测定仪与传统的比重计法的转化关系；完成基于遥感的河套灌区土地利用情况与种植结构的反演；建立了基于高光谱的土壤质地的推演及关系模型，显示一元回归、多元回归及BP神经网络中BP的拟合效果最好；通过贝叶斯神经网络进行不同尺度下土壤水力参数转换方法与技术研究，传统BP模型土壤转换函数的训练模拟精度优于BNN，但是，在模拟预测方面，BNN模型普遍好于BP模型， BNN模型对于不同输入因子表现出很好的稳健性，BNN模型比传统的人工神经网络模型具有更好的适应性和预测效果；完成了将SWAP 模型、GIS模型的耦合，对沙濠渠尺度农田水盐进行情景动态模拟，通过对空间水盐动态的预测，以制定合理的灌溉制度。对研究区域通过地表植被光谱仪进行不同土地利用不同区域的NDVI测定，为下一步与遥感的结合奠定基础。