CN100458399C - 一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测定方法，本发明的特征在于，将标准差引入喷灌分布均匀系数的测定方法中。通过雨量筒测得喷头喷洒试验中的水深数据，将水深数据按其大小顺序排列。取其中部分水深数据，求其标准差。以部分测点水深数据的标准差之和与所有水深测点数据平均值的比值定义喷灌分布均匀系数，以此衡量喷灌水量分布均匀性。利用本发明的测定方法可以测定基于标准差的四分之一低值、四分之一高值、二分之一低值和二分之一高值分布均匀系数，这些系数突出了与平均值有较大偏差的点对均匀系数的影响，不同程度地强调了灌溉不足和灌溉过量对实际灌溉质量的危害性，提高了喷灌水量分布均匀性测定和评价的准确性和全面性。

Description

一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测定方法

技术领域

本发明属于工程测量方法领域，涉及一种用于农田、园林绿地和花卉苗圃等喷头装置和喷灌系统的水量分布均匀性的测量方法，特别涉及一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测定方法。

背景技术

喷灌以其适应性广、易于机械化作业等优点成为目前世界上广泛采用的节水灌溉技术之一。喷灌均匀度是衡量灌溉质量和喷头水力性能的重要指标，是喷灌系统规划设计中的重要参数。喷灌水量分布均匀性主要由喷灌均匀系数评价，目前国内外最常用的有克里斯琴森均匀系数、变异系数和基于平均偏差的四分之一低值分布均匀系数。

克里斯琴森均匀系数描述的是各测点水深与平均水深偏差绝对值之和与总水深的比值，可以较好地表征整个田间水量分布与平均值偏差的情况。变异系数描述的是各测点水深与平均水深偏差绝对值平方和的平方根与总水深的比值，突出了与平均值有较大偏差的点对均匀系数的影响，并指出基于作物水分生产函数是二次方的现实情况，采用标准差表示的喷灌均匀系数要比平均偏差更有利于建立作物水分和产量之间的关系。分布均匀系数描述的均是部分测点水深与平均水深的偏差与总水深的比值，解决了如果田间存在绝大多数测点水深与平均水深值接近而个别测点水深较大或较小时，前两类均匀系数难以反映这种实际情况的问题。

需要指出的是，分布均匀系数的测定是基于平均偏差的，基于标准差的分布均匀系数测定方法至今未见报道。

发明内容

针对上述喷灌均匀度测量方法存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于标准差的喷灌分布均匀系数的测定方法。该方法将标准差引入喷灌分布均匀系数的测量过程中，提高喷灌水量分布均匀性测量和评价的准确性和全面性。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测量方法，其特征在于，将标准差引入喷灌分布均匀系数的测量过程中，通过雨量筒测得喷头喷洒试验中的水深数据，将水深数据按其大小顺序排列，取其中部分水深数据，求其标准差；以部分测点水深数据的标准差之和与所有水深测点数据平均值的比值作为喷灌分布均匀系数，衡量喷灌水量分布均匀性。

本发明根据部分水深数据的提取方法不同，可以测定出不同种喷灌分布均匀系数。例如，从按由大到小依次排列的水深数据中，提取后四分之一的水深数据测定出的是基于标准差的四分之一低值分布均匀系数。在喷灌均匀性的测定和评价过程中，该系数强调了灌溉不足的危害性。从按由大到小依次排列的水深数据中提取前四分之一的水深数据测定出的是基于标准差的四分之一高值分布均匀系数，该系数强调了灌溉过量的危害性。从按由大到小依次排列的水深数据中提取后二分之一的水深数据测定出的是基于标准差的二分之一低值分布均匀系数，该系数强调了灌溉不足的危害性，但与四分之一低值分布均匀系数相比，由于取点多，因而对灌溉不足的强调程度低。从按由大到小依次排列的水深数据中提取前二分之一水深数据测定出的是基于标准差的二分之一高值分布均匀系数，该系数强调了灌溉过量的危害性，同样与四分之一低值分布均匀系数相比，对灌溉过量的强调程度低。

本发明的方法测定的上述四种基于标准差的分布均匀系数，突出了与平均值有较大偏差的点对均匀系数的影响，也为喷灌水量分布均匀性的评价提供四种新的均匀系数，提高了喷灌水量分布均匀性评价的准确性和全面性。

具体实施方式

下面结合所附公式对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测定方法，该方法的步骤包括：

步骤1：水深数据测量

采用一定间距的网格布置方式的雨量筒，测得喷头喷洒试验中的所有测点的水深数据。

步骤2：水深数据顺序排列

无论测点数据的位置，仅按数值大小将所有测点水深数据按由大到小的顺序排成一列，用h_i(i＝1，2，...n)表示，总水深数据个数为n；

步骤3：部分水深数据提取

按一定方法提取所有水深数据中的部分水深数据。提取的方法有从按由大到小依次排列的水深数据中分别提取后四分之一、前四分之一、后二分之一和前二分之一的水深数据，分别用 $h_{{\mathrm{lq}}_i}(i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{4}n),$ $h_{{\mathrm{hq}}_i}(i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{4}n),$ $h_{{\mathrm{lh}}_i}(i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{2}n)$ 和 $h_{{\mathrm{hh}}_i}(i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{2}n)$ 表示。

步骤4：计算部分水深数据的标准差

计算所有提取出的后四分之一、前四分之一、后二分之一和前二分之一的水深数据的标准差，分别为

和表示，其中

和

分别为提取出的后四分之一、前四分之一、后二分之一和前二分之一的水深数据的平均值。

步骤5：测定基于标准差的分布均匀系数

以部分水深数据的标准差之和与所有水深数据平均值的比值定义基于标准差的喷灌分布均匀系数，在上述结果的基础上计算出基于标准差的四分之一低值、四分之一高值、二分之一低值和二分之一高值分布均匀系数，分别用DU_lq、DU_hq、DU_lh和DU_hh表示，用下述公式计算：

(1)基于标准差的四分之一低值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{lq}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{4}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{lq}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{lq}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%$

(2)基于标准差的四分之一高值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{hq}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{4}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{hq}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{hq}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%$

(3)基于标准差的二分之一低值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{lh}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{2}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{lh}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{lh}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%$

(4)基于标准差的二分之一高值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{hh}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{2}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{hh}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{hh}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%.$

本发明的测定方法测定的基于标准差的四分之一低值、四分之一高值、二分之一低值和二分之一高值分布均匀系数，突出了与平均值有较大偏差的点对均匀系数的影响，不同程度地强调了灌溉不足和灌溉过量对实际灌溉质量的危害性，提高了喷灌水量分布均匀性测定和评价的准确性和全面性。

Claims (2)

1.一种基于标准差的喷灌分布均匀系数测定方法，其特征在于，将标准差引入喷灌分布均匀系数的测定方法中，通过雨量筒测得喷头喷洒试验中的水深数据，将水深数据按其大小顺序排列；取其中部分水深数据，求其标准差，以部分测点水深数据的标准差之和与所有水深测点数据平均值的比值定义喷灌分布均匀系数，依次测定出基于标准差的四分之一低值、四分之一高值、二分之一低值和二分之一高值分布均匀系数，以此衡量喷灌水量分布均匀性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于标准差的喷灌分布均匀系数的测定方法按下列步骤进行：

步骤1：采用网格布置的雨量筒测得喷头喷洒试验中所有测点的水深数据；

步骤2：按数值大小将所有测点水深数据按由大到小的顺序排成一列；用h_i(i＝1，2，...n)表示，总水深数据个数为n；

步骤3：从水深数据数列中分别提取后四分之一、前四分之一、后二分之一和前二分之一的水深数据；分别用 $i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{4}n,$

$i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{4}n,$

$i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{2}n$ 和

$i=\mathrm{1,2},...\frac{1}{2}n$ 表示；

步骤4：分别计算所有提取出的后四分之一、前四分之一、后二分之一和前二分之一水深数据的平均值和标准差；分别为

和

表示，其中h_lq、h_hq、h_lh和h_hh分别为提取出的后四分之一、前四分之一、后二分之一和前二分之一的水深数据的平均值；

步骤5：以部分水深数据的标准差之和与所有水深数据平均值的比值定义基于标准差的喷灌分布均匀系数，在上述步骤的基础上计算出基于标准差的四分之一低值、四分之一高值、二分之一低值和二分之一高值分布均匀系数；分别用DU_lq、DU_hq、DU_lh和DU_hh表示，水深数据平均值用h表示，并用下述公式计算：

(1)基于标准差的四分之一低值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{lq}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{4}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{lq}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{lq}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%$

(2)基于标准差的四分之一高值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{hq}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{4}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{hq}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{hq}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%$

(3)基于标准差的二分之一低值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{lh}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{2}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{lh}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{lh}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%$

(4)基于标准差的二分之一高值分布均匀系数公式：

${\mathrm{DU}}_{\mathrm{hh}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{\frac{n}{2}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(h_{{\mathrm{hh}}_i}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{hh}})}^2}}{\stackrel{\‾}{h}}\×100\%.$