各向異性畦面糙率的獲取方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及農田水利技術領域，特別設及一種各向異性畦面糖率的獲取方法及其 應用。
【背景技術】
[0002] 在地面灌概系統性能的分析評價中，通常采用畦面糖率來表征地表水流運動受到 的地表阻力影響。在機械化耕作播種條件下，因耕作栽培形成的作物布局結構W及地表局 部的起伏凹凸常呈現出特定的方向性，致使流經畦田任意空間點處的地表水流受到的阻力 表現出各向異性特征，此時，需采用具有顯著二維特征的各向異性畦面糖率模型進行定量 描述，W提高地面灌概時地表水流運動的模擬精度，達到提高地面灌概系統性能評價能力 的目的。
[0003] 目前對于各向異性畦面糖率的測量僅限于畦田中當畦面淺溝及作物平行于畦巧 的情景，但是，當畦田中的畦面淺溝及作物種植方向與畦巧存在一定的旋轉角度時，通常測 量僅有一維特征的各向同性畦面糖率，并W此來代替具有二維特征的各向異性畦面糖率， 運將會大大降低地面灌概水動力學過程的模擬精度，進而降低灌概系統性能評價的精確 性。
[0004] 基于上述可知，對于畦田中的畦面淺溝及作物種植方向與畦巧存在一定的旋轉角 度的情況，有必要提供一種各向異性畦面糖率的測量方法，而本發明基于各向異性畦面糖 率在數學上的張量屬性，提供了一種簡單實用且精確可靠的各向異性畦面糖率的獲取方法 及其應用。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供了一種能夠在畦面淺溝及作物種植 方向與畦巧存在一定的旋轉角度的情況下，獲取各向異性畦面糖率的方法W及該各向異性 畦面糖率的應用。具體技術方案如下：
[0006] 第一方面，本發明實施例提供了一種各向異性畦面糖率的獲取方法，包括:步驟a、 預選平行于目標畦田的長度方向的第一實驗條田，W及平行于所述目標畦田的寬度方向的 第二實驗條田，分別獲取所述第一實驗條田的第一地表水流推進過程數據和所述第二實驗 條田的第二地表水流推進過程數據；
[0007] 步驟b、根據所述第一地表水流推進過程數據和所述第二地表水流推進過程數據， 利用一維水動力學畦灌模型，分別獲得第一各向同性畦面糖率和第二各向同性畦面糖率； [000引步驟C、將所述第一各向同性畦面糖率和所述第二各向同性畦面糖率代入各向異 性畦面糖率所滿足的楠圓方程中，求解得到所述目標畦田的各向異性畦面糖率，所述各向 異性畦面糖率包括平行和垂直于所述目標畦田畦面淺溝及作物種植方向上的畦面糖率分 量。
[0009]具體地，作為優選，所述地表水流推進過程數據包括:地表水深、沿實驗條田長度 方向上的水流推進時間、沿實驗條田長度方向的垂向均布流速、沿實驗條田長度方向的單 寬流量、畦面相對高程、地表水入滲率。
[0010] 具體地，作為優選，所述一維水動力學畦灌模型的計算公式如下所示：
[0011]
[0012]
[0013] 其中，t為沿實驗條田長度方向上的水流推進時間，單位為s;h為地表水深，單位為 m; U為沿實驗條田長度方向上的垂向均布流速，單位為m/s; q為沿實驗條田長度方向的單寬 流量，單位為m3/(S ? m); g為重力加速度，單位為m/s2; C為地表水位相對高程，且C =所述地 表水深+所述畦面相對高程，單位為m; n為各向同性畦面糖率，單位s/mi/3; i為地表水入滲 率，單位為m/s。
[0014] 且化他.化責化選，所述楠圓方程如下所示：
[0015]
[0016] 其中，riA為平行于所述目標畦田畦面淺溝及作物種植方向上的畦面糖率分量;郵為 垂直于所述目標畦田畦面淺溝及作物種植方向上的畦面糖率分量。
[0017] 第二方面，本發明實施例提供了利用上述的方法獲取得到的各向異性畦面糖率在 地面灌概過程中的應用。
[0018] 具體地，作為優選，所述應用包括:確定所述各向異性畦面糖率的模擬精度，然后 將所述各向異性畦面糖率應用到二維水動力學畦灌模型中，來對目標畦田的灌概性能進行 分析與評價。
[0019] 具體地，作為優選，所述確定所述各向異性畦面糖率的模擬精度包括：
[0020] 步驟a、將各向異性畦面糖率代入所述二維水動力學畦灌模型中，獲取各向異性畦 面糖率下的地表水流推進過程數據的模擬值；同時，將基于所述目標畦田的各向同性畦面 糖率代入所述二維水動力學畦灌模型中，獲取各向同性畦面糖率下的地表水流推進過程數 據的模擬值；
[0021] 步驟0、計算所述各向異性畦面糖率下的地表水流推進過程數據的模擬值與地表 水流推進過程數據的實測值之間的第一平均相對誤差；同時，計算所述各向同性畦面糖率 下的地表水流推進過程數據的模擬值與所述地表水流推進過程數據的實測值之間的第二 平均相對誤差；
[0022] 步驟丫、根據所述第一平均相對誤差和所述第二平均相對誤差來確定所述各向異 性畦面糖率的模擬精度。
[0023] 具體地，作為優選，所述二維水動力學畦灌模型的計算公式如下所示：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，t為水流推進時間，單位為s;h為所述地表水深，單位為m;u和V分別為沿X坐 標方向及y坐標方向上的垂向均布流速，單位為m/s;q和P分別為沿X坐標方向及y坐標方向 上的單寬流量，單位為m 3/(s -m);g為重力加速度，單位為m/s2;C為地表水位相對高程，且C =地表水深+畦面相對高程，單位為m;nA為平行于目標畦田畦面淺溝及作物種植方向上的 畦面糖率分量，單位S/V/3;郵為垂直于目標畦田畦面淺溝及作物種植方向上的畦面糖率分 量，單位S/V/ 3; i為地表水入滲率，單位為m/s; 0為畦面淺溝及作物種植方向與X坐標方向之 間的夾角。
[0027] 本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
[0028] 本發明實施例提供的各向異性畦面糖率的獲取方法，通過借助目標畦田的方位布 置選擇上述兩個實驗條田，并由此獲得兩個實驗條田的一維各向同性畦面糖率，然后基于 各向異性畦面糖率在數學上的張量屬性，利用各向異性畦面糖率所滿足的楠圓方程，可計 算得到畦面淺溝及作物種植方向與畦梗呈任意旋轉角度的二維各向異性畦面糖率。該二維 各向異性畦面糖率能夠更真實地反映出畦面地表對水流的阻力作用，利于提高地面灌概水 動力學(也可理解為畦灌水動力學)的模擬精度，進而獲得更精確的灌概性能指標。可見，本 發明實施例提供的各向異性畦面糖率的獲取方法不僅簡單實用，且精確可靠。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于 本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據運些附圖獲得其他 的附圖。
[0030] 圖1是本發明實施例提供的第一實驗條田和第二實驗條田與目標畦田的位置關系 不意圖。
[0031] 附圖標記分別表示：
[0032] 1 目標畦田，
[0033] 2 第一實驗條田，
[0034] 3 第二實驗條田，
[0035] m 基于第一實驗條田的第一各向同性畦面糖率，
[0036] H2 基于第二實驗條田的第二各向同性畦面糖率，
[0037] HA 平行于目標畦田畦面淺溝及作物種植方向上的各向異性畦面糖率的畦面糖 率分量，
[0038] HB 垂直于目標畦面畦面淺溝及作物種植方向上的各向異性畦面糖率的畦面糖 率分量，
[0039] 0 畦面淺溝及作物種植方向與X坐標方向之間的夾角。
【具體實施方式】
[0040] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0041] 第一方面，本發明實施例提供了一種各向異性畦面糖率的獲取方法，包括W下步 驟