[發明專利]一種農田凈灌溉用水模型及灌溉用水量估算方法

有效

• 申請號: 201310325445.2
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103413035A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王樹東;王玉娟;張立福;張霞;曾洪娟;汲玉河;李萬慶;楊繼偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝

技術領域

本發明涉及生態水文學科學領域，尤其涉及一種農田凈灌溉用水模型及灌溉用水量估算方法。

背景技術

農業用水特別是灌溉用水增加，導致的地下水位下降和地表水急劇減少的問題凸顯。估算農田灌溉用水時空格局對于水資源管理和糧食安全十分重要。

凈灌溉用水是指在一定時間內，為滿足作物正常生長，除降水補給外需要的灌溉水量。當土壤含水量不能滿足作物正常生長的需要，需要進行灌溉補給。按照水量平衡原理，觀測期內植被降水截留量、有效作物蒸散發、徑流量和觀測始末土壤水分差值之和為觀測期內降水總量和灌溉總量之和，進一步可得到觀測期內需要凈灌溉用水量。

下墊面是指地球表面，包括海洋、陸地、陸地上的高原、山地、平原、森林、草原以及城市等。下墊面各部分溫度、水分以及表面形狀等參數均有較大差異，從而導致下墊面具有非均一性。

現有的凈灌溉用水量估算方法中，大多根據區域類型估算農田蒸散發量，并結合降水、徑流、土壤含水量等實地觀測與統計資料得到，或者直接根據觀測期內一定面積農田統計的灌溉用水量得到，簡單、實用。

通常情況下，區域觀測尺度較小時，認為氣象參數、下墊面均一、農田管理方式等相差不明顯。但是對于大的區域或流域，上述方法由于未充分考慮地表的非均一性而造成不能準確地估算特定區域空間分布狀況，具有較大的局限性。

綜合上述，提出一種既考慮了下墊面的非均一性且精確度又高的大尺度像元尺度的農田凈灌溉用水量估算方法是急需解決的問題。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種考慮了下墊面的非均一性且精確度又高的大尺度像元尺度的農田凈灌溉用水模型，以及利用該模型實現的農田凈灌溉用水量估算方法。

（二）技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種農田凈灌溉用水模型，其包括中央數據處理器，處理各部分數據；植被截留模塊，計算植被截留量；徑流模塊，計算徑流量；蒸散發模塊，計算蒸散發量；土壤含水量模塊，模擬土壤含水量及灌溉量。

其中，中央數據處理器分別與植被截留模塊、徑流模塊、蒸散發模塊和土壤含水量模塊有數據傳輸。

進一步的，植被截留模塊采用半經驗半理論模型進行計算。

進一步的，蒸散發模塊包括實際蒸散發模塊和潛在蒸散發模塊。

進一步的，土壤含水量模塊包括根系吸水模塊、層間土壤水分增量模塊和根系層補給量模塊。

本發明還提供了一種利用農田凈灌溉用水模型實現估算農田灌溉用水量的方法，其包括以下步驟：

S1：獲取下墊面參數和氣象參數；

S2：分別向植被截留模塊、蒸散發模塊、徑流模塊和土壤含水量模塊中輸入下墊面參數和氣象參數；

S3：將計算出的植被截留量、蒸散發量和徑流量傳輸給中央數據處理器；

S4：中央數據處理器根據各模塊傳輸來的數據控制土壤含水量模塊進行土壤含水量模擬，

S5：根據模擬結果計算出農田灌溉用水量。

其中，步驟S1中的下墊面參數包括植被類型、植被蓋度、葉面積指數、田間持水量W_f、萎蔫系數W_m、各層土壤含水量和表層土壤厚度，氣象參數包括降水量、氣溫、長波輻射、短波輻射、地表反照率和大氣壓。

其中，步驟S4在計算時需向中央數據處理器輸入降水量。

（三）有益效果

本發明的上述技術方案具有如下優點：充分考慮大尺度的地表不均一性,將空間離散化為像元，在像元尺度上反演農田凈灌溉用水模型中各子模塊所需的部分參數，耦合生態水文過程模型，進行降水植被截留、土壤含水量、徑流和蒸散發全過程模擬，實現了對農田土壤含水量的實時監控，并能及時了解農田是否需要灌溉，或灌溉所需用水量，避免農田得不到及時灌溉或者灌溉量過大的情況，從而造成農業生產損失和水資源浪費。

附圖說明

圖1為本發明模型結構示意圖。

圖2為本發明凈灌溉用水量推導過程圖。

圖3為本發明植被截留量退出過程圖。

圖4為本發明徑流量推導過程圖。

圖5為本發明蒸散發量推導過程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

如圖1所示，本發明提供了一種農田凈灌溉用水模型，其包括中央數據處理器、植被截留模塊、徑流模塊、蒸散發模塊和土壤含水量模塊。