[發(fā)明專利]一種潛水蒸發(fā)計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210026371.1
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114528777A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 高慧濱;郝潔;鞠琴;王國慶;谷黃河;江鵬;劉小妮
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G01N5/04;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發(fā)明公開一種潛水蒸發(fā)計算方法，屬于地球物理科學門類的水文科學類。本發(fā)明通過考慮氣溫與不同深度土壤溫度的滯后效應，建立了反映不同埋深處潛水蒸發(fā)量的計算公式，可以依據(jù)水面蒸發(fā)量、氣溫、土壤溫度和潛水埋深模擬各種時間尺度下的潛水蒸發(fā)過程。本發(fā)明提供的技術方案可以提高潛水蒸發(fā)模擬精度，為地下水資源利用決策提供科學依據(jù)，同時也填補了現(xiàn)行潛水蒸發(fā)經驗模型中對能量驅動蒸發(fā)過程描述的空白。

技術領域

本發(fā)明涉及一種潛水蒸發(fā)計算方法，屬于地球物理下的水文分支技術領域。

背景技術

潛水蒸發(fā)是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是淺層地下水的主要垂直消耗途徑，提高潛水蒸發(fā)模擬精度對合理開發(fā)利用地下水資源和生態(tài)環(huán)境保護問題具有重要意義。確定潛水蒸發(fā)的方法包括直接觀測、數(shù)值模擬和經驗公式計算，其中經驗公式對資料要求簡單，易用性高，是生產實踐中主要應用的方法。目前應用的經驗潛水蒸發(fā)計算公式包括阿維里揚諾夫公式、葉水庭公式、沈立昌公式、張朝新公式、清華大學公式等，但這些公式只考慮了與氣象因素和土壤輸水能力有關的變量，忽略了蒸發(fā)過程中的能量驅動，沒有考慮土壤中溫度波的振幅隨土壤深度增加而減小、最高最低溫度的峰谷出現(xiàn)時間隨深度增加而滯后的特點，導致模擬結果與土壤溫度垂向分布影響下的實際潛水蒸發(fā)過程有異。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種潛水蒸發(fā)計算方法，能反映溫度變量對潛水蒸發(fā)的影響，提高模擬精度。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

(A)獲取所研究時段內統(tǒng)一時間尺度的水面蒸發(fā)、潛水埋深、氣溫和潛水埋深處土壤溫度；

(B)計算潛水埋深處的土壤溫度系數(shù)K_Tg；

式中，α為擬合參數(shù)，T_a和T_g分別為氣溫和潛水埋深處的土壤溫度；

(C)將土壤溫度系數(shù)與已有的潛水蒸發(fā)經驗公式以乘積的方式，計算土壤溫度的潛水蒸發(fā)；計算公式如下：

E_g＝E₀×e^-bH×K_Tg

式中，E₀為水面蒸發(fā)；H為潛水埋深，H_max為極限潛水蒸發(fā)埋深，n和b為擬合參數(shù)；E_g為潛水蒸發(fā)。

步驟B和C中的擬合參數(shù)H_max、n、b和α，通過最優(yōu)化算法確定。

擬合參數(shù)H_max是與土壤物理性質有關的參數(shù)，與土壤類型和物理特性相關，應結合既有文獻結果、研究區(qū)域地下水埋深變化和土壤性質等因素確定符合實際情況的約束范圍，以保證計算公式的合理性。

最優(yōu)化算法是指以計算得到的E_g與實測E_g之間誤差的平方和最小為目標函數(shù)，在參數(shù)的合理取值范圍內進行全局搜索，求解得到一組最優(yōu)的H_max、n、b和α，使得采用該組參數(shù)計算的結果滿足計算值與實測值之間誤差的平方和最小；

進一步地，本發(fā)明方法在步驟C之后還可以應用于探究和量化降雨對潛水蒸發(fā)測量誤差的影響，包括以下步驟：

(D)基于實測降水和入滲補給資料將研究時段內的全序列潛水蒸發(fā)資料劃分為受降雨影響的有雨日序列和不受降雨影響的無雨日序列；

劃分方法一般適用于逐日計算時段，以潛水面是否受降雨入滲影響的實際過程為劃分依據(jù)，將當日無降雨且無入滲補給的潛水蒸發(fā)實測資料歸類為無雨日序列，剩余資料歸類為有雨日序列；

(E)使用無雨日序列，根據(jù)步驟(A)～(C)，得到無雨日的二次擬合參數(shù)組合；