[發(fā)明專利]一種土壤凍融過程中氮素的模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110412254.4
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113033020B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周祖昊;劉水清;李佳;嚴子奇;賈仰文;劉佳嘉;王浩;賀華翔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 于國強

1.一種土壤凍融過程中氮素的模擬方法，其特征在于：包括如下步驟，

S1、根據(jù)大氣溫度計算各層土壤的溫度；

S2、根據(jù)獲取的各層土壤溫度以及前一日各層土壤的含水率計算各層土壤的溶質(zhì)勢、基質(zhì)勢和重力勢，并根據(jù)各層土壤的溶質(zhì)勢、基質(zhì)勢和重力勢計算各層土壤的總土水勢；

S3、根據(jù)各層土壤的總土水勢，利用一維垂直水分流動方程計算當日各層土壤的含水率；

S4、根據(jù)當日各層土壤的含水率，計算各層土壤中氮素的匯源項；

S5、根據(jù)各層土壤中氮素的匯源項，利用對流彌散方程計算各層土壤中的氮素濃度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤凍融過程中氮素的模擬方法，其特征在于：步驟S1具體為，搜集水文站點的大氣溫度，WEP_L模型中假定地表溫度等于大氣溫度，并根據(jù)土壤熱容、熱傳導系數(shù)以及各土壤層的含冰率，使用一維垂直流動基本方程計算剩余各層土壤溫度；某層土壤的土壤溫度計算公式為，

其中，z為該層土壤相對于基準面的高度；λ_s為該層土壤的熱導率；T_s為該層土壤的土壤溫度；C_V為該層土壤的土壤體積熱容；t為時間；ρ_i為土壤中冰的密度，取值為920kg/m³；L_i為融化潛熱，取值為3.35×10⁶J/kg；θ_i為該層土壤的體積含冰率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土壤凍融過程中氮素的模擬方法，其特征在于：步驟S2中，根據(jù)某層土壤的土壤溫度以及前一日該層土壤的含水率計算該層土壤的溶質(zhì)勢、基質(zhì)勢和重力勢，并根據(jù)該層土壤的溶質(zhì)勢、基質(zhì)勢和重力勢計算該層土壤的總土水勢的具體過程為，

S21、根據(jù)前一日該層土壤的含水率計算該層土壤中水的重力勢和基質(zhì)勢；

重力勢的計算公式為，

h_g＝±ρ_lgz

其中，z表示該層土壤相對于基準面的高度；ρ_l為土壤中水的密度，取值為1000kg/m³；g為重力加速度；

基質(zhì)勢的計算公式為，

其中，α和β表示該層土壤的水分吸力常數(shù)，θ_r表示該層土壤的凋萎含水率；θ_s表示該層土壤的飽和含水率；θ表示前一日該層土壤的體積含水率；

S22、WEP_L模型首次運行時，各層土壤水中溶解態(tài)氮素的濃度C_dis為給定值，其余時刻各層土壤水中溶解態(tài)氮素的濃度C_dis均為模擬值；模型首次運行計算溶質(zhì)勢時采用給定值，其余時刻運算時均采用前一日各層土壤水中溶解態(tài)氮素濃度的模擬值；

S23、根據(jù)該層土壤溫度和該層土壤水中溶解態(tài)氮素的濃度，計算該層土壤中水的溶質(zhì)勢；

溶質(zhì)勢的計算公式為，

其中，C_dis為該層土壤水中溶解態(tài)氮素的濃度；R為摩爾氣體常數(shù)；T_k為該層土壤的熱力學溫度；μ為溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量；

S24、根據(jù)該層土壤的重力勢、基質(zhì)勢和溶質(zhì)勢，計算該層土壤的總土水勢；

總土水勢的計算公式為，

h＝h_m+h_g+h_s

其中，h為該層土壤水的總土水勢；h_m為該層土壤水的基質(zhì)勢；h_g為該層土壤水的重力勢；h_s為該層土壤水的溶質(zhì)勢。