土壤水是“五水”（大气水、地面水、地下水、土壤水和植物水）转化过程的纽带和重要环节，对于农田系统的水分循环和农业生产具有重要的影响。虽然天然降水和及时灌溉可以补充农田土壤的水分消耗，但在一般情况下，作物需水与土壤供水之间往往存在矛盾。这种矛盾在干旱地区或干旱时期尤为突出，农田土壤水分常常不能满足作物生长发育要求，应用数学模型描述土壤含水量在长时期内的动态变化过程，对于掌握农田土壤水分运动规律，及时了解作物的受旱状态具有现实意义。
农田土壤水分模拟和预测模型一般可分为确定性模型和随机性模型两大类，前者主要有水量平衡模型和机理性模型，后者主要包括数理统计模型、随机水量平衡模型和随机土壤水动力学模型等。张展羽等通过实例研究了大田水量平衡模拟模型和土壤水运动模拟模型，指出在分析非充分灌溉制度及水资源优化配置建模时，两种模型均是有效的。康绍忠在试验研究的基础上，提出了旱地土壤水分动态模拟公式，并指出长时期内土壤水分的变化应为确定性与随机性两部分的组合。考虑到土壤含水量的确定性和随机性变化特点，本章应用时间序列分析方法对单站的土壤水分状况进行预测，并为类似的时间序列预测问题提供一种通用方法。
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