[发明专利]黄土丘陵区沟道土壤水分估算方法

摘要

本发明提供了一种黄土丘陵区沟道土壤水分估算方法，包括：合理布设沟道和坡面土壤水分监测样点，覆盖研究区不同土地类型和空间位置；计算沟道和坡面土壤水分每次采样的空间算术均值，获取所需土壤水分时间序列数据；分别对沟道和坡面土壤水分时间序列数据进行秩排序，并计算对应位置土壤水分差值；然后采用多项式拟合所计算差值与坡面秩序列土壤水分关系，并利用最小二乘法确定多项式最佳阶数，进而得到观测算子；最后基于观测算子和坡面秩序列土壤水分数据，得到沟道秩序列土壤水分，然后将其转换成时间序列数据，并计算误差。本发明只需通过坡面土壤水分数据便可获得沟道对应土层土壤水分，无需再进行沟道土壤水分采样，估算精度高。

主权项

1.一种黄土丘陵区沟道土壤水分估算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在研究区沟道和坡面分别布设土壤水分监测样点，其中，样点覆盖沟道和坡面不同土地类型和地形位置，以便能够代表沟道和坡面土壤水分实际状况；步骤2：通过连续测定方法，获取小流域沟道和坡面的土壤水分数据，连续测定方法中的测定时间涵盖研究区土壤干湿状况，以便能够代表所述研究区生长季土壤水分变化状况，其中，所述土壤水分数据包括样点土壤含水量；步骤3：假设沟道和坡面各自所有样点土壤含水量的算术平均值分别代表沟道和坡面的土壤平均含水量，在剔除错误数值的基础上，将沟道所有样点土壤含水量算术平均值的时间序列作为实测沟道土壤水分时间序列数据η_j，将坡面所有样点土壤含水量算术平均值的时间序列作为实测坡面土壤水分时间序列数据μ_j；ηj=Σi=1Nηij;μj=Σi=1Mμij]]>式中η_ij和μ_ij分别为沟道和坡面第i个样点第j次测得的土壤含水量；N和M分别是沟道和坡面所布设土壤水分监测样点数目；步骤4：分别将实测沟道土壤水分时间序列数据和实测坡面土壤水分时间序列数据进行秩排序分别得到实测沟道土壤水分秩序列数据η_k和实测坡面土壤水分秩序列数据μ_k，进而构建估算沟道土壤水分所需的观测算子步骤5：通过观测算子和实测坡面土壤水分秩序列数据μ_k得到估算沟道土壤水分秩序列数据η~k=μk+δ~k---(1)]]>式（1）中，为估算沟道土壤水分秩序列数据，μ_k为实测坡面土壤水分秩序列数据，为观测算子；然后将估算沟道土壤水分秩序列数据和实测坡面土壤水分秩序列数据μ_k分别转换为估算沟道土壤水分时间序列数据和实测坡面土壤水分时间序列数据，并计算误差；最后采用不同水文年土壤水分时间序列数据对观测算子进行验证，若验证误差在允许范围内，则表明所建观测算子能够适用于该研究区不同水文年；若验证误差在允许范围外，则需构建适用于不同水文年的观测算子；其中，所述验证是指，首先基于验证期内不同水文年的实测坡面土壤水分时间序列数据μ_j和所构建观测算子通过式（1）计算得到估算沟道土壤水分秩序列数据再转换为估算沟道土壤水分时间序列数据，然后将估算沟道土壤水分时间序列数据与验证期实测沟道土壤水分时间序列数据进行对比分析，计算误差。