各向异性畦面糙率的获取方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及农田水利技术领域，特别设及一种各向异性畦面糖率的获取方法及其 应用。
【背景技术】
[0002] 在地面灌概系统性能的分析评价中，通常采用畦面糖率来表征地表水流运动受到 的地表阻力影响。在机械化耕作播种条件下，因耕作栽培形成的作物布局结构W及地表局 部的起伏凹凸常呈现出特定的方向性，致使流经畦田任意空间点处的地表水流受到的阻力 表现出各向异性特征，此时，需采用具有显著二维特征的各向异性畦面糖率模型进行定量 描述，W提高地面灌概时地表水流运动的模拟精度，达到提高地面灌概系统性能评价能力 的目的。
[0003] 目前对于各向异性畦面糖率的测量仅限于畦田中当畦面浅沟及作物平行于畦巧 的情景，但是，当畦田中的畦面浅沟及作物种植方向与畦巧存在一定的旋转角度时，通常测 量仅有一维特征的各向同性畦面糖率，并W此来代替具有二维特征的各向异性畦面糖率， 运将会大大降低地面灌概水动力学过程的模拟精度，进而降低灌概系统性能评价的精确 性。
[0004] 基于上述可知，对于畦田中的畦面浅沟及作物种植方向与畦巧存在一定的旋转角 度的情况，有必要提供一种各向异性畦面糖率的测量方法，而本发明基于各向异性畦面糖 率在数学上的张量属性，提供了一种简单实用且精确可靠的各向异性畦面糖率的获取方法 及其应用。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够在畦面浅沟及作物种植 方向与畦巧存在一定的旋转角度的情况下，获取各向异性畦面糖率的方法W及该各向异性 畦面糖率的应用。具体技术方案如下：
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种各向异性畦面糖率的获取方法，包括:步骤a、 预选平行于目标畦田的长度方向的第一实验条田，W及平行于所述目标畦田的宽度方向的 第二实验条田，分别获取所述第一实验条田的第一地表水流推进过程数据和所述第二实验 条田的第二地表水流推进过程数据；
[0007] 步骤b、根据所述第一地表水流推进过程数据和所述第二地表水流推进过程数据， 利用一维水动力学畦灌模型，分别获得第一各向同性畦面糖率和第二各向同性畦面糖率； [000引步骤C、将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异 性畦面糖率所满足的楠圆方程中，求解得到所述目标畦田的各向异性畦面糖率，所述各向 异性畦面糖率包括平行和垂直于所述目标畦田畦面浅沟及作物种植方向上的畦面糖率分 量。
[0009]具体地，作为优选，所述地表水流推进过程数据包括:地表水深、沿实验条田长度 方向上的水流推进时间、沿实验条田长度方向的垂向均布流速、沿实验条田长度方向的单 宽流量、畦面相对高程、地表水入渗率。
[0010] 具体地，作为优选，所述一维水动力学畦灌模型的计算公式如下所示：
[0011]
[0012]
[0013] 其中，t为沿实验条田长度方向上的水流推进时间，单位为s;h为地表水深，单位为 m; U为沿实验条田长度方向上的垂向均布流速，单位为m/s; q为沿实验条田长度方向的单宽 流量，单位为m3/(S ? m); g为重力加速度，单位为m/s2; C为地表水位相对高程，且C =所述地 表水深+所述畦面相对高程，单位为m; n为各向同性畦面糖率，单位s/mi/3; i为地表水入渗 率，单位为m/s。
[0014] 且化他.化责化选，所述楠圆方程如下所示：
[0015]
[0016] 其中，riA为平行于所述目标畦田畦面浅沟及作物种植方向上的畦面糖率分量;邮为 垂直于所述目标畦田畦面浅沟及作物种植方向上的畦面糖率分量。
[0017] 第二方面，本发明实施例提供了利用上述的方法获取得到的各向异性畦面糖率在 地面灌概过程中的应用。
[0018] 具体地，作为优选，所述应用包括:确定所述各向异性畦面糖率的模拟精度，然后 将所述各向异性畦面糖率应用到二维水动力学畦灌模型中，来对目标畦田的灌概性能进行 分析与评价。
[0019] 具体地，作为优选，所述确定所述各向异性畦面糖率的模拟精度包括：
[0020] 步骤a、将各向异性畦面糖率代入所述二维水动力学畦灌模型中，获取各向异性畦 面糖率下的地表水流推进过程数据的模拟值；同时，将基于所述目标畦田的各向同性畦面 糖率代入所述二维水动力学畦灌模型中，获取各向同性畦面糖率下的地表水流推进过程数 据的模拟值；
[0021] 步骤0、计算所述各向异性畦面糖率下的地表水流推进过程数据的模拟值与地表 水流推进过程数据的实测值之间的第一平均相对误差；同时，计算所述各向同性畦面糖率 下的地表水流推进过程数据的模拟值与所述地表水流推进过程数据的实测值之间的第二 平均相对误差；
[0022] 步骤丫、根据所述第一平均相对误差和所述第二平均相对误差来确定所述各向异 性畦面糖率的模拟精度。
[0023] 具体地，作为优选，所述二维水动力学畦灌模型的计算公式如下所示：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，t为水流推进时间，单位为s;h为所述地表水深，单位为m;u和V分别为沿X坐 标方向及y坐标方向上的垂向均布流速，单位为m/s;q和P分别为沿X坐标方向及y坐标方向 上的单宽流量，单位为m 3/(s -m);g为重力加速度，单位为m/s2;C为地表水位相对高程，且C =地表水深+畦面相对高程，单位为m;nA为平行于目标畦田畦面浅沟及作物种植方向上的 畦面糖率分量，单位S/V/3;邮为垂直于目标畦田畦面浅沟及作物种植方向上的畦面糖率分 量，单位S/V/ 3; i为地表水入渗率，单位为m/s; 0为畦面浅沟及作物种植方向与X坐标方向之 间的夹角。
[0027] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0028] 本发明实施例提供的各向异性畦面糖率的获取方法，通过借助目标畦田的方位布 置选择上述两个实验条田，并由此获得两个实验条田的一维各向同性畦面糖率，然后基于 各向异性畦面糖率在数学上的张量属性，利用各向异性畦面糖率所满足的楠圆方程，可计 算得到畦面浅沟及作物种植方向与畦梗呈任意旋转角度的二维各向异性畦面糖率。该二维 各向异性畦面糖率能够更真实地反映出畦面地表对水流的阻力作用，利于提高地面灌概水 动力学(也可理解为畦灌水动力学)的模拟精度，进而获得更精确的灌概性能指标。可见，本 发明实施例提供的各向异性畦面糖率的获取方法不仅简单实用，且精确可靠。
【附图说明】
[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获得其他 的附图。
[0030] 图1是本发明实施例提供的第一实验条田和第二实验条田与目标畦田的位置关系 不意图。
[0031] 附图标记分别表示：
[0032] 1 目标畦田，
[0033] 2 第一实验条田，
[0034] 3 第二实验条田，
[0035] m 基于第一实验条田的第一各向同性畦面糖率，
[0036] H2 基于第二实验条田的第二各向同性畦面糖率，
[0037] HA 平行于目标畦田畦面浅沟及作物种植方向上的各向异性畦面糖率的畦面糖 率分量，
[0038] HB 垂直于目标畦面畦面浅沟及作物种植方向上的各向异性畦面糖率的畦面糖 率分量，
[0039] 0 畦面浅沟及作物种植方向与X坐标方向之间的夹角。
【具体实施方式】
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0041] 第一方面，本发明实施例提供了一种各向异性畦面糖率的获取方法，包括W下步 骤