[发明专利]水流冲刷条件下坡面地表糙率及入渗参数的估算方法

说明书

本发明公开了一种水流冲刷条件下坡面地表糙率及入渗参数的估算方法，首先建立运动波方程；然后解析法近似求解运动波方程，得坡面流量、水深随时间的变化关系；结合水流冲刷条件下的实测资料，确定地表糙率及入渗参数。本发明水流冲刷条件下坡面地表糙率及入渗参数的估算方法，相对于现有的示踪法测流速，缩短了测定时间，提升了估算的准确性，在已知入流量和出流量条件下，可同时确定地表糙率及入渗参数(a，b)，操作简单易行。

技术领域

本发明属于水文过程分析水流冲刷条件下坡面地表特征研究技术领域，具体涉及一种水流冲刷条件下坡面地表糙率及入渗参数的估算方法。

背景技术

地表糙率及入渗率是描述水文过程及确定水力特征重要的参数。坡面水流冲刷条件下，土壤表面糙率以及土壤入渗特性发生变化。对于坡耕地，不同的土地利用方式导致土壤下垫面条件发生变化，直接影响地表填洼量、地表径流、土壤入渗、坡面水流特性，以及土壤侵蚀和养分迁移过程。水流冲刷过程中，地表糙率直接影响地表径流的产生以及坡面水流的入渗特性，它是分析水流运动特征的重要参数。水流入渗参数通常采用拟合入渗过程，反推数值获得。依据水力学知识可知，地表糙率与水流流速、水深及径流量之间的关系密切，大部分国内外学者通过测量流速，从而计算得到地表糙率。目前获得流速的方法很多，可以归纳为利用示踪方法测量坡面水流流速，主要包括染色剂、盐分、化肥、气体、放射性同位素以及漂流物等。由于各种示踪剂本身的差异以及测量时的人为误差，使得各种示踪剂测量的流速存在偏差。之后，为了进一步改进测量流速的精确性，雷廷武等提出电解质脉冲示踪法测量坡面水流流速，研究表明该方法操作简单，结果易行，但是只能测定浅层水流流速以及有砂砾的坡面水流流速，并且需要特殊的仪器，不太适合野外大面积操作，而且上述提出的测量流速的方法均比较费时。

发明内容

本发明的目的是提供一种水流冲刷条件下坡面地表糙率及入渗参数的估算方法，解决了现有技术中存在的难以快速准确地确定坡面地表糙率及入渗参数的问题。

本发明所采用的技术方案是，水流冲刷条件下坡面地表糙率及入渗参数的估算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立运动波方程；

步骤2，解析法近似求解运动波方程，得坡面流量、水深随时间的变化关系；

步骤3，结合水流冲刷条件下的实测资料，确定地表糙率及入渗参数。

本发明的特点还在于，

步骤1运动波方程的建立基于水流冲刷条件下的水量平衡关系，其方程为：

式(1)中，h为坡面水流深度/m，t为供水时间/s，q为单宽径流量/m3/(ms)，x为坡面水流距离入口处的距离/m，i为土壤入渗率/m/s。

步骤2解析法近似求解运动波方程，首先，基于水力学线性水库原理，假设坡面水深随时间的变化率与入渗率呈线性关系，如式(2)所示：

式(2)中，c为比例系数，

将式(2)代入式(1)，则单宽径流量表示为：