[发明专利]一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法

权利要求书

1.一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法，其特征在于包括以下3个方面：

（1）土壤水分数据采集

使用土壤水分传感器基于时域反射或频域反射的原理进行土壤水分数据采集，土壤水分传感器埋设在土壤湿润区域的范围内，所述土壤水分传感器布设在表层土壤中；

（2）土壤水分数值修正

采用基于动态数据驱动应用系统的数值模拟方法，利用实时监测表层土壤水分获得作物根区的土壤水分状况，建立土壤水分数学模型，连续监测的表层土壤含水量经过修正，用于指导灌溉决策，修正的过程以土壤水分变化的机理性模型即土壤水动力学模型为基础，以动态数据驱动应用系统为土壤水分模拟的技术范式，辅以作物信息和实时气象信息，建立土壤水分模拟和实际土壤水分监测之间的动态模拟系统，所述动态模拟系统的模拟结果为作物根区土壤水分含量，将作物根区土壤水分含量进行储存、显示，以指导灌溉决策；

（3）灌溉数据决策

由所述水动力学模型得到的作物根区土壤水分含量与设定的作物灌溉阈值进行比较，低于灌溉阈值下限时进行灌溉，达到灌溉阈值上限时停止灌溉。

2.根据权利要求1所述的一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法，其特征在于：所述的土壤水分变化的机理性模型即土壤水动力学模型的方程为：

∂θ∂t=∂∂z[D(θ)∂θ∂z]-∂K(θ)∂z-Sr(z,t),0≤z≤lr(t)∂θ∂t=∂∂z[D(θ)∂θ∂z]-∂K(θ)∂z,lr(t)≤z≤L---(1)]]>

式中，θ为土壤含水率，t为时间，z为垂直坐标，取向下为正，D(θ)为非饱和土壤扩散率，K(θ)为非饱和土壤导水率，l_r(t)是作物根系长度，S_r(z,t)是作物根系吸水率，即根系在单位时间内由单位体积土壤中所吸收的水分的体积，在给定了上边界条件、下边界条件和初始条件之后，经过数值计算得到上式的解，即整个土壤剖面含水量，再处理并获得作物根系范围内的土壤剖面含水量，即作物根区土壤水分含量，所述上边界条件由实时监测的表层土壤含水量求得；D(θ)、K(θ)等土壤水分运动参数选用经验模型确定，作物根系吸水速率按下式计算：

Sr(z,t)=(1.8lr(t)-1.6lr2(t)z)Ec(t)---(2)]]>

其中E_c(t)是作物实际腾发量，

将全部求解域Z=0~L离散化为n个单元，共有n+1个结点，编号i=0,1,2，……，n，其中i=0和i=n为边界结点，其余为内结点，距离步长为Δz。时间步长Δt  一般可考虑为变步长，开始阶段取较小值，以后可逐步增大；对任意内结点写出差分方程，经整理后得三对角方程形式：

由追赶法求解上式。