本發(fā)明涉及一種土壤對流域地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價方法。

背景技術(shù)：

當前，我國面臨嚴峻的水資源短缺、流域旱澇災(zāi)害頻發(fā)等多種水問題；因此，流域地表徑流過程的“削峰補枯”日益受到國內(nèi)相關(guān)管理機構(gòu)及科研學(xué)者的重視。而流域土壤是由大小不同、形狀不規(guī)則的土壤顆粒組成，是一個多孔體，具有吸水、蓄水等的“海綿”功能，對流域地表徑流過程具有顯著的調(diào)節(jié)能力；這在學(xué)術(shù)界已經(jīng)得到共識。

但是，由于當前土壤對流域地表徑流調(diào)節(jié)能力尚未形成統(tǒng)一的認識，土壤對徑流調(diào)節(jié)能力沒有的可靠的評判標準，導(dǎo)致不同流域甚至同一流域的評價結(jié)果難以對比，不能為生態(tài)海綿流域及水生態(tài)文明建設(shè)提供充分的參考數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種土壤對流域地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價方法，可以對不同流域的土壤對徑流調(diào)節(jié)能力進行客觀的、準確的定量評價，為生態(tài)海綿流域及水生態(tài)文明建設(shè)提供充分的參考數(shù)據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種土壤對流域地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價方法，包括以下步驟:

s1：根據(jù)流域土壤質(zhì)地、土層厚度、土壤孔隙度、土體構(gòu)型和有機質(zhì)含量對流域尺度土壤進行空間離散化處理，將流域土壤分成若干個土壤單元；

s2：根據(jù)土壤的土壤特性參數(shù)計算出各土壤單元不同土層的土壤水動力學(xué)特性參數(shù)；

s3：根據(jù)各土壤單元不同土層的土壤水動力學(xué)特性參數(shù)，采用green-ampt入滲模型計算土壤入滲率；再根據(jù)土壤單元初始含水量計算各土壤單元在場次降水不同時段的地表產(chǎn)流量；

s4：根據(jù)場次降水過程中累計降雨量與累計地表產(chǎn)流量構(gòu)建單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標；

s5：根據(jù)單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，采用加權(quán)平均法對流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力進行定量評價得到流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標。

進一步地，步驟s2中土壤特性參數(shù)為土壤粒徑級配數(shù)據(jù)、土壤有機質(zhì)含量和土壤鹽度；步驟s2中土壤水動力學(xué)參數(shù)為土壤容重、土壤凋萎系數(shù)、田間持水量、飽和導(dǎo)水率和水利傳導(dǎo)度。

進一步地，步驟s3的根據(jù)每個土壤單元的初始土壤含水量、降雨量、實際蒸發(fā)量、降雨強度、土壤入滲率和地表產(chǎn)流量計算出每個土壤單元格在場次降水的不同時段的地表產(chǎn)流量的具體計算方法為：

當sw0>sws時：

若p-e<0，ri<in，則不產(chǎn)流：r＝0；

若p-e<0，ri>in，則超滲產(chǎn)流：r＝(ri-in)·det(t)；

若p-e>0，ri<in，則蓄滿產(chǎn)流：r＝p-e；

若p-e>0，ri>in，則超滲產(chǎn)流+蓄滿產(chǎn)流：rt＝p-e；

當sw0<sws時：

若p-e<(sw0<sws)，ri<in，則不產(chǎn)流：r＝0；

若p-e<(sw0<sws)，ri>in，則超滲產(chǎn)流：r＝(ri-in)·det(t)；

若p-e>(sw0<sws)，ri<in，則蓄滿產(chǎn)流：r＝p-e-(sw0-sws)；

若p-e>(sw0<sws)，ri>in，則超滲產(chǎn)流+蓄滿產(chǎn)流：rt＝p-e-(sw0-sws)；

其中，sw0為初始土壤含水量，sws為最終土壤含水量，p為每個土壤單元的降雨量(mm)；e為每個土壤單元實際蒸發(fā)量(mm)；ri為降雨強度(mm/h)；in為土壤入滲率(mm/hr)；r為地表產(chǎn)流量(mm)。

進一步地，步驟s4的根據(jù)場次降水過程中累計降雨量與累計地表產(chǎn)流量構(gòu)建單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標的具體計算公式為：

式中，η為單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，ri為場次降水過程中的累計降雨量，pi為場次降水過程中的累計徑流量，baseflow為計流量，

進一步地，步驟5的根據(jù)單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，采用加權(quán)平均法對流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力進行定量評價采用的計算公式為：

式中，ηt為流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，ηi為單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標。

本發(fā)明的有益效果為：本申請通過從區(qū)域水循環(huán)機理層面實現(xiàn)流域尺度上土壤對地表徑流調(diào)節(jié)作用的客觀的、準確的定量評價，滿足當前生態(tài)海綿流域建設(shè)、流域旱澇災(zāi)害有效應(yīng)對的現(xiàn)實需求。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。

一種土壤對流域地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價方法，包括以下步驟：

s1：根據(jù)流域土壤質(zhì)地、土層厚度、土體構(gòu)型、土壤孔隙度和有機質(zhì)含量對流域尺度土壤進行離散化處理，將流域土壤分成若干個土壤單元。

s2：根據(jù)土壤的土壤粒徑級配數(shù)據(jù)、土壤有機質(zhì)含量和土壤鹽度等土壤特性參數(shù)計算出土壤單元不同土層的土壤容重、土壤凋萎系數(shù)、田間持水量、飽和導(dǎo)水率和水利傳導(dǎo)度等土壤水動力學(xué)特性參數(shù)。

s3：根據(jù)各土壤單元不同土層的土壤水動力學(xué)特性參數(shù)，采用green-ampt入滲模型計算土壤入滲率；再根據(jù)土壤單元初始含水量計算各土壤單元在場次降水不同時段的地表產(chǎn)流量；

根據(jù)每個土壤單元的初始土壤含水量、降雨量、實際蒸發(fā)量、降雨強度、土壤入滲率和地表產(chǎn)流量計算出每個土壤單元格在場次降水的不同時段的地表產(chǎn)流量，其具體計算方法如下：

當sw0>sws時，即前期土壤水己蓄滿時：

若p-e<0，ri<in，則不產(chǎn)流：r＝0；

若p-e<0，ri>in，則超滲產(chǎn)流：r＝(ri-in)·det(t)；

若p-e>0，ri<in，則蓄滿產(chǎn)流：r＝p-e；

若p-e>0，ri>in，則超滲產(chǎn)流+蓄滿產(chǎn)流：rt＝p-e；

當sw0<sws時，即前期土壤水未蓄滿時：

若p-e<(sw0<sws)，ri<in，則不產(chǎn)流：r＝0；

若p-e<(sw0<sws)，ri>in，則超滲產(chǎn)流：r＝(ri-in)·det(t)；

若p-e>(sw0<sws)，ri<in，則蓄滿產(chǎn)流：r＝p-e-(sw0-sws)；

若p-e>(sw0<sws)，ri>in，則超滲產(chǎn)流+蓄滿產(chǎn)流：rt＝p-e-(sw0-sws)；

其中，sw0為初始土壤含水量，sws為最終土壤含水量，p為每個土壤單元的降雨量(mm)；e為每個土壤單元實際蒸發(fā)量(mm)；ri為降雨強度(mm/h)；in為土壤入滲率(mm/hr)；r為地表產(chǎn)流量(mm)。

s4：根據(jù)場次降水過程中累計降雨量與累計徑流量構(gòu)建單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，具體采用的計算公式為：

式中，η為單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，ri為場次降水過程中的累計降雨量，pi為場次降水過程中的累計徑流量，baseflow為計流量，

s5：根據(jù)單個土壤單元中土壤對地表產(chǎn)流量調(diào)節(jié)能力的評價指標，采用加權(quán)平均法對流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力進行定量評價得到流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，具體采用的計算公式為：

式中，ηt為流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，ηi為單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標。

本申請通過對流域土壤進行離散化處理，將流域土壤分成若干個土壤單元，并計算每個土壤單元在場次降水的不同時段的地表產(chǎn)流量，再根據(jù)在場次降水的不同時段的地表產(chǎn)流量計算出單個土壤單元中土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，最后得出整個流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力進行定量評價得到流域尺度土壤對地表徑流調(diào)節(jié)能力的評價指標，本方法從區(qū)域水循環(huán)機理層面實現(xiàn)流域尺度上土壤對地表徑流調(diào)節(jié)作用進行定量評價，該評價方法客觀、準確，滿足當前生態(tài)海綿流域建設(shè)、流域旱澇災(zāi)害有效應(yīng)對的現(xiàn)實需求。