熱脈沖法測定飽和土壤水通量的貝葉斯不確定性分析.pdf

1、土壤水通量參數(shù)對于研究和制定農(nóng)業(yè)灌溉制度、維持區(qū)域水資源可持續(xù)利用具有重要的實(shí)踐和理論意義。快速準(zhǔn)確地獲取土壤水通量有助于農(nóng)業(yè)和生態(tài)水資源管理從科學(xué)研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。熱脈沖，時(shí)域反射技術(shù)(TDR)法是近年來被廣泛應(yīng)用于快速測定土壤水通量的方法之一。由于熱脈沖-TDR法具有不受土壤類型限制，不破壞土體，分辨率高，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)無人值守監(jiān)測等優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用前景和價(jià)值。然而，關(guān)于熱脈沖-TDR法測定土壤水通量的不確定性的研究鮮有報(bào)道。本文主

2、要通過熱脈沖-TDR法進(jìn)行飽和土壤水通量測定的數(shù)值模擬算例和室內(nèi)水通量柱體實(shí)驗(yàn)，利用基于貝葉斯理論的馬爾科夫鏈蒙特卡羅(Markov Chain Monte Carlo MCMC)方法來研究量化熱脈沖法測定土壤水通量過程中各種未知參數(shù)（加熱強(qiáng)度、探針間距、導(dǎo)熱率以及水通量等）的不確定性，對熱脈沖-TDR法計(jì)算飽和土壤水通量的各種方法進(jìn)行了對比分析，主要結(jié)論如下:
　　(1)對熱脈沖-TDR法校正試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，MCMC算法可

3、以準(zhǔn)確地識別實(shí)驗(yàn)過程中由于制作和操作等原因?qū)訜釓?qiáng)度以及探針間距造成的誤差，并給出合理的不確定性范圍，具有一定的參考意義。
　　(2)數(shù)值模擬結(jié)果表明，貝葉斯分析方法能夠給出的最大后驗(yàn)估計(jì)值與真實(shí)水通量值非常接近，后驗(yàn)置信區(qū)間也能覆蓋真實(shí)水通量;而對于傳統(tǒng)的熱脈沖分析方法，包括最大無量綱法(maximum dimensionless temperature difference，MDTD)、比率法（Td/Tu）、上游或下游最高溫度

4、時(shí)間法，其中最大無量綱法和比率法只能給出一個(gè)最優(yōu)估計(jì)值，且誤差大于貝葉斯分析方法結(jié)果，而上游或下游最高溫度時(shí)間法不能準(zhǔn)確估計(jì)水流通量。
　　(3)飽和柱體實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于優(yōu)先流的存在，貝葉斯分析方法和傳統(tǒng)熱脈沖計(jì)算方法給出的水通量結(jié)果與實(shí)際測定的平均水通量都有不同程度的偏離。不同流速設(shè)定下，貝葉斯分析方法給出的最大后驗(yàn)估計(jì)值與平均水通量均有很好的線性相關(guān)性（決定系數(shù)在0.96以上）。但由于本研究使用到的貝葉斯分析方法較為簡單，只