[发明专利]一种土壤水分数字化预测与灌溉预警方法

说明书

本发明涉及一种土壤水分数字化预测与灌溉预警方法，包括：根据作物所处的气候、土壤、供水等自然条件及农业技术设施确定作物种植区的灌溉方式；测量作物种植区的土壤水分特征曲线、容重及含水率等，获得VG‑M模型水力特性参数；设置模型初始条件与边界条件；作物潜在蒸散量估算及划分；建立作物建立根系吸水模型；根据预测结果在达到作物灌水下限时对灌溉提示预警并根据墒情计算所需补灌量。本发明针对灌溉不合理造成作物产量降低及水资源浪费等现有问题，能精确的控制不同作物在不同生长周期的灌溉预警并提供合理灌溉量，实现按需补灌，促进种植作物的健康生长，为作物节水灌溉提供理论参考。

技术领域

本发明属于农业灌溉的技术领域，涉及一种土壤水分数字化预测与灌溉预警方法，对土壤水分预测并进行灌溉预警，可以充分利用自然降雨量，同时可根据作物需求进行适时、适量补灌，充分提高水资源利用率。

技术背景

我国水资源短缺十分严重，人均水资源仅占世界平均水平的1/4。预测到2030年，我国人均水资源将下降25％～30％，供需矛盾将更加突出。灌溉用水是水资源的最大用户，目前我国水资源短缺的严峻形势对灌溉农业的发展提出了更高的要求，即提高农业综合生产能力，建设节水、高效的现代农业。实现这一目标的有效措施之一就是制定科学的灌溉制度，提高灌溉水利用效率。科学的灌溉制度，一个重要的方面就是充分利用降雨补充作物生长所必需的土壤水分，从而减少作物的灌溉需水量。把握作物对降雨的有效利用程度，对制定节水高效灌溉制度及提高农田水资源综合利用效率至关重要。另一方面通过土壤墒情对作物进行适时适量补灌，可有效提高水分利用率。有利于作物的生理活动，促进根系生长，以扩大根系吸收面积，同时促使叶面积增大，增强光合作用。

HYDRUS是一个用于分析非饱和介质中水流和溶质运移的界面化模拟软件。其中的HYDRUS程序是用于模拟水流、热及多种溶质在非饱和介质中运移的有限元模型，该模型互动的图形界面可进行数据前处理、结构化和非结构化的有限元网格生成以及结果的图形展示。众多学者的研究成果表明HYDRUS是一个可以很好的模拟水分入渗的科学软件。

综上所述，为降低作物灌溉需水量浪费及提高降雨利用率，利用HYDRUS软件发明一种土壤水分数字化预测与灌溉预警方法，用于农业灌溉领域，这对农业灌溉有着重要的现实意义。

发明内容

本发明针对水资源短缺的严峻形势及现有灌溉制度存在的不足，提出了一种土壤水分数字化预测与灌溉预警方法，能够使作物种植区有效利用自然降雨，同时满足作物按需补灌。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现，一种土壤水分数字化预测与灌溉预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据作物所处的气候、土壤、供水等自然条件及农业技术设施确定作物种植区的灌溉方式。

步骤2，测定土壤容重、土壤含水率及土壤水分特征曲线；采用定水头法测定土壤饱和导水率；依据上述参数获得VG-M模型水力特性参数。

步骤3，根据上述步骤2所得基本参数在HYDRUS软件中设定土壤水力特性参数，根据实测土壤含水率在HYDRUS软件中设定不同深度土壤含水率作为初始条件。模型上边界选用HYDRUS已知通量的第二类边界条件，在作物种植区土壤水分预测及灌溉预警期间逐日输入上边界变量值，包括作物潜在蒸腾量、土壤潜在蒸发量、降雨量、灌溉量和植株冠层截留雨量。根据天气及HYDRUS数字化预测，判断上边界条件为灌溉边界、降雨边界还是大气边界；灌溉边界参照选用的灌溉方式设定。下边界条件采用自由排水边界，左右边界采用零通量边界条件。