[發明專利]一種土壤水分數字化預測與灌溉預警方法

在審

• 申請號: 202010081838.3
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111280019A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 苑進;楊坤;劉林;劉雪美
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: A01G25/00
• 分類號: A01G25/00;A01G25/16;G06F30/20;G06Q50/02
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本發明涉及一種土壤水分數字化預測與灌溉預警方法，包括：根據作物所處的氣候、土壤、供水等自然條件及農業技術設施確定作物種植區的灌溉方式；測量作物種植區的土壤水分特征曲線、容重及含水率等，獲得VG?M模型水力特性參數；設置模型初始條件與邊界條件；作物潛在蒸散量估算及劃分；建立作物建立根系吸水模型；根據預測結果在達到作物灌水下限時對灌溉提示預警并根據墑情計算所需補灌量。本發明針對灌溉不合理造成作物產量降低及水資源浪費等現有問題，能精確的控制不同作物在不同生長周期的灌溉預警并提供合理灌溉量，實現按需補灌，促進種植作物的健康生長，為作物節水灌溉提供理論參考。

技術領域

本發明屬于農業灌溉的技術領域，涉及一種土壤水分數字化預測與灌溉預警方法，對土壤水分預測并進行灌溉預警，可以充分利用自然降雨量，同時可根據作物需求進行適時、適量補灌，充分提高水資源利用率。

技術背景

我國水資源短缺十分嚴重，人均水資源僅占世界平均水平的1/4。預測到2030年，我國人均水資源將下降25％～30％，供需矛盾將更加突出。灌溉用水是水資源的最大用戶，目前我國水資源短缺的嚴峻形勢對灌溉農業的發展提出了更高的要求，即提高農業綜合生產能力，建設節水、高效的現代農業。實現這一目標的有效措施之一就是制定科學的灌溉制度，提高灌溉水利用效率。科學的灌溉制度，一個重要的方面就是充分利用降雨補充作物生長所必需的土壤水分，從而減少作物的灌溉需水量。把握作物對降雨的有效利用程度，對制定節水高效灌溉制度及提高農田水資源綜合利用效率至關重要。另一方面通過土壤墑情對作物進行適時適量補灌，可有效提高水分利用率。有利于作物的生理活動，促進根系生長，以擴大根系吸收面積，同時促使葉面積增大，增強光合作用。

HYDRUS是一個用于分析非飽和介質中水流和溶質運移的界面化模擬軟件。其中的HYDRUS程序是用于模擬水流、熱及多種溶質在非飽和介質中運移的有限元模型，該模型互動的圖形界面可進行數據前處理、結構化和非結構化的有限元網格生成以及結果的圖形展示。眾多學者的研究成果表明HYDRUS是一個可以很好的模擬水分入滲的科學軟件。

綜上所述，為降低作物灌溉需水量浪費及提高降雨利用率，利用HYDRUS軟件發明一種土壤水分數字化預測與灌溉預警方法，用于農業灌溉領域，這對農業灌溉有著重要的現實意義。

發明內容

本發明針對水資源短缺的嚴峻形勢及現有灌溉制度存在的不足，提出了一種土壤水分數字化預測與灌溉預警方法，能夠使作物種植區有效利用自然降雨，同時滿足作物按需補灌。

本發明的目的可通過如下技術措施來實現，一種土壤水分數字化預測與灌溉預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據作物所處的氣候、土壤、供水等自然條件及農業技術設施確定作物種植區的灌溉方式。

步驟2，測定土壤容重、土壤含水率及土壤水分特征曲線；采用定水頭法測定土壤飽和導水率；依據上述參數獲得VG-M模型水力特性參數。

步驟3，根據上述步驟2所得基本參數在HYDRUS軟件中設定土壤水力特性參數，根據實測土壤含水率在HYDRUS軟件中設定不同深度土壤含水率作為初始條件。模型上邊界選用HYDRUS已知通量的第二類邊界條件，在作物種植區土壤水分預測及灌溉預警期間逐日輸入上邊界變量值，包括作物潛在蒸騰量、土壤潛在蒸發量、降雨量、灌溉量和植株冠層截留雨量。根據天氣及HYDRUS數字化預測，判斷上邊界條件為灌溉邊界、降雨邊界還是大氣邊界；灌溉邊界參照選用的灌溉方式設定。下邊界條件采用自由排水邊界，左右邊界采用零通量邊界條件。