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)利用具有重要的實踐和理論意義?？焖贉蚀_地獲取土壤水通量有助于農(nóng)業(yè)和生態(tài)水資源管理從科學研究走向?qū)嶋H應用。熱脈沖，時域反射技術(shù)(TDR)法是近年來被廣泛應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，可實現(xiàn)多點無人值守監(jiān)測等優(yōu)勢，具有廣泛的應用前景和價值。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道。本文主

2、要通過熱脈沖-TDR法進行飽和土壤水通量測定的數(shù)值模擬算例和室內(nèi)水通量柱體實驗，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)（加熱強度、探針間距、導熱率以及水通量等）的不確定性，對熱脈沖-TDR法計算飽和土壤水通量的各種方法進行了對比分析，主要結(jié)論如下:
　　(1)對熱脈沖-TDR法校正試驗數(shù)據(jù)進行分析表明，MCMC算法可

3、以準確地識別實驗過程中由于制作和操作等原因?qū)訜釓姸纫约疤结橀g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估計值與真實水通量值非常接近，后驗置信區(qū)間也能覆蓋真實水通量;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、時間法，其中最大無量綱法和比率法只能給出一個最優(yōu)估計值，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間法不能準確估計水流通量。
　　(3)飽和柱體實驗結(jié)果表明，由于優(yōu)先流的存在，貝葉斯分析方法和傳統(tǒng)熱脈沖計算方法給出的水通量結(jié)果與實際測定的平均水通量都有不同程度的偏離。不同流速設定下，貝葉斯分析方法給出的最大后驗估計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