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原文传递一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法

专利名称：	一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法
摘要：	本发明公开了一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法，属于土壤水文学领域。本方法通过将土壤水分剖面划分为优先流区域与基质流区域，根据运动波下渗理论提出一种优先流区域与基质流区域通过自由水面双向耦合的下渗模型。本发明提供的下渗方法能够反映湿润锋变化以及优先流与基质流的土壤水分互馈，解决了当前下渗方法中难以定量描述优先流现象的难题，具有较强的工程意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	梁忠民;李大洋;周艳;李彬权;付宇鹏;杨钊华
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201811586866.X
公开号：	CN109709015A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	曹芸
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	211100 江苏省南京市江宁区佛城西路8号
主权项：	1.一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)采用染色实验方法将研究区域土壤剖面纵向划分为优先流区域p与基质流区域m，两区域面积比例为a∶(1-a)，其中a为优先流区域面积比例，在此基础上采用双环入渗实验方法确定区域p与m的饱和水力传导度Konp与Konm； (2)确定区域p与m饱和传导度随深度衰减系数fp与fm； (3)假定蒸发E发生在土壤表层，净雨量为R＝P-E，其中P为水文站观测降雨量； (4)将运动波下渗理论分别应用于区域p与m，根据水量平衡原理，求得p区域上湿润锋位置下湿润锋位置m区域上湿润锋位置下湿润锋位置以及初始地下水面位置 2.根据权利要求1所述的一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：在研究区域放置双环入渗仪，在两个马克杯中放入亮蓝色染色示踪剂，每隔一分钟读取马克杯染色剂变化，根据达西定律计算得到Konp；待染色剂完全渗入后，平衡15分钟，开挖土壤剖面，拍照记录染色剂染色范围，求得平均染色比例，即得优先流面积比例a；用环刀切取染色区域土壤，在实验室做浸润实验，获得饱和水力传导度Konm。 3.根据权利要求1所述的一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述区域p与m饱和传导度随深度衰减系数fp与fm之间的关系为fp＝α·fm，其中，α为小于0.5的参数，fm是经验系数，取值范围为0.0001/m-0.01/m。 4.根据权利要求1所述的一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法，其特征在于，所述步骤(3)所述净雨量由以下方式确定：使用单层蒸发模型计算实际蒸发量，E＝k·Ep，其中k为蒸散发折算系数，Ep为蒸发皿观测值，因此净雨量为R＝P-E，其中：E为实际蒸发量，P为水文站观测降雨量。 5.根据权利要求1所述的一种可定量描述优先流现象的运动波下渗方法，其特征在于，所述步骤(4)包含以下步骤：当湿润锋下界时，其中为初始地下水深，通过钻探获得，计算区域p与m的上、下湿润锋位置均使用如下公式：式中：T为当前时刻，Δt为计算时间步长，为T时刻湿润锋上界位置，为T-1时刻湿润锋上界位置，湿润锋下界，为T-1时刻湿润锋下界，为在T时刻的下移速度，为在T时刻的下移速度；其中式中：Nt湿润锋上界，Nf湿润锋下界，Vt为Nt的下移速度，Vf为Nf的下移速度，Keq()等价饱和水力传导度的函数，Kon为饱和水力传导度，f为饱和水力传导度随深度衰减系数，N*为湿润锋的临界值，α为表面坡度，ε为土壤空隙排列指数，取4，R为净雨量，Ri为初始土壤含水量，取0.05，θ()为土壤含水量的函数，θs为饱和土壤含水量，θs通过实验室测得，其他参数均与上述相同；当且时，根据水量平衡原理，计算公式如下：式中：为T时刻的地下水面位置，为p区域T时刻的等价雨强，Konp为p区域的饱和水力传导度，fp为p区域饱和水力传导度随深度衰减系数，f1与f2为过程量见式(1-8)与(1-9)；其中其中：Mu()为累积入渗量，θr为凋萎系数，为T-1时刻的地下水面位置，为T时刻的累积入渗量，为T时刻等价雨强，ε为土壤孔隙指数；又有如下关系式中：为p区域T时刻湿润锋上界的位置，为初始时刻的地下水水位，为p区域T时刻的湿润锋下界的位置；方程组(1-7)为非线性方程组，方程组中与为未知解，用牛顿迭代法求数值解，其中与的求解用式(1-1)与(1-2)求解；当且时，根据水量平衡公式计算如下：其中其中：fm为m区域的饱和水力传导度随深度衰减系数，为m区域T时刻的等价雨强，为m区域T时刻湿润锋上界的位置，为m区域T时刻湿润锋下界的位置；又有如下关系式中：方程组(1-13)为非线性方程组，方程组中为未知变量，用牛顿迭代法求数值解，其余参数与前述相同。
所属类别：	发明专利