李昊哲　樊貴盛

摘要：以提高凍融條件下農(nóng)田土壤灌溉水利用率為目的，基于汾河灌區(qū)凍融期內(nèi)土壤入滲試驗(yàn)，運(yùn)用支持向量機(jī)理論，建立了以凍融條件下土壤含水率、質(zhì)地、容重、地溫和灌溉水溫為輸入變量，Kostiakov入滲模型參數(shù)k、a為輸出變量的支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型誤差分析表明：入滲系數(shù)k與入滲指數(shù)a的訓(xùn)練樣本相對(duì)誤差與檢驗(yàn)樣本相對(duì)誤差都控制在10%以內(nèi)，將k與a代入Kostiakov入滲模型得到的90 min累計(jì)入滲量，Ian的相對(duì)誤差平均值為5.81%。說(shuō)明凍融土壤條件下，基于支持向量機(jī)理論的Kostiakov入滲模型參數(shù)的預(yù)測(cè)是可行的。

關(guān)鍵詞：支持向量機(jī)；凍融土壤；Kostiakov入滲模型；土壤理化參數(shù)

土壤水分入滲是地表水轉(zhuǎn)化為土壤水的途徑，是自然界中降水、地表水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。同時(shí)，對(duì)土壤入滲特性的分析也是農(nóng)田灌溉、地表產(chǎn)流和土壤改良等問(wèn)題的研究核心。凍融土壤的水分入滲是指具有一定溫度的雨水、融雪水、灌溉水垂直向下進(jìn)入凍融土壤的過(guò)程。據(jù)調(diào)查，我國(guó)北方大部分地區(qū)的春、冬季灌溉都是在土壤凍結(jié)的條件下進(jìn)行的。很多專家學(xué)者對(duì)凍土進(jìn)行過(guò)研究，如Thunholm等對(duì)凍結(jié)黏土的土壤水分人滲特性進(jìn)行了研究分析：彭振陽(yáng)等通過(guò)對(duì)季節(jié)性凍融土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，得出凍結(jié)期土壤水分向上運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。凍土問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，凍融條件下土壤水分入滲的研究對(duì)于確定合理的灌水技術(shù)參數(shù)和科學(xué)利用水資源有著重要意義。

鑒于水分在土壤中運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，人們?cè)噲D利用土壤傳輸函數(shù)法來(lái)預(yù)測(cè)土壤入滲參數(shù)，突破了傳統(tǒng)獲取入滲參數(shù)的方法。土壤傳輸函數(shù)法通過(guò)建立以較易獲取的土壤常規(guī)理化參數(shù)為輸入變量，土壤入滲參數(shù)為輸出變量的模型，來(lái)預(yù)測(cè)土壤入滲參數(shù)。常用的土壤傳輸函數(shù)模型有分形機(jī)理模型、物理經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃徒y(tǒng)計(jì)回歸模型。其中分形機(jī)理模型和物理經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投加幸欢ǖ木窒扌?。目前統(tǒng)計(jì)回歸模型已經(jīng)較為成熟，如Vereecken等與Rawls等利用土壤傳輸函數(shù)法，通過(guò)建立多元線性函數(shù)，得到了土壤水分特征曲線。DUAN等通過(guò)對(duì)東北黑土的研究，建立了以土壤粉粒含量、黏粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、容重為自變量的線性回歸模型，預(yù)測(cè)土壤田問(wèn)持水量。武雯昱等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)土壤水分入滲Kostiakov模型參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。這些研究中所用到的模型以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、線性回歸擬合、非線性回歸擬合、分類回歸樹(shù)等為主，利用支持向量機(jī)對(duì)凍融土壤水分入滲參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的還未見(jiàn)報(bào)道。支持向量機(jī)（Support VectorMachine，簡(jiǎn)稱SVM）是由Corinna Cortes和Vapnik等于1995年提出的，相比其他方法，支持向量機(jī)數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，有著堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，計(jì)算量也較小。筆者試圖采用支持向量機(jī)對(duì)凍融土壤Kostiakov入滲模型參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為凍融土壤入滲參數(shù)的獲取提供技術(shù)支撐。