[发明专利]土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法

说明书

本发明公开一种土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法，属于地球物理科学门类的水文科学类。本发明步骤如下：根据土壤温度分布计算流域网格内不同时间的冻土深度；分析冻土深度的逐日空间分布状况，得到流域不同网格内包气带达到的随时间分布的田间持水量；找出流域不同网格内最大的田间持水量，并计算流域最大持水量；根据得到的不同网格内最大的田间持水量和流域最大持水量，计算流域土壤冻融产流。本发明可以依据观测气温模拟逐日土壤冻结/消融、冻土深度和土壤温度，依据降雨观测计算融雪/降雨径流的逐日过程，提高了春季土壤消融期的径流模拟精度，为春汛防洪决策提供科学依据，同时也填补了现行国内外水文模型中冻土区产流计算的空白。

技术领域

本发明涉及一种新的流域土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法，属于地球物理下水文分支技术领域。

背景技术

流域产流作为水循环中最重要的一个环节，产流计算方法是流域水文模拟、水资源计算和洪水预报的重要理论基础。上世纪三十年代Horton提出了超渗产流的概念，即当雨强大于下渗能力时产生地表径流，二十世纪六十年代河海大学赵人俊提出了蓄满产流的概念，即当降雨量满足土壤蓄水容量后产生径流(包括地表径流、壤中流和基流)，自此以后发展的水文模型都以超渗或蓄满作为产流计算的理论方法，近年来也有人认为流域内在不同时间会有两种产流机制共存的产流方式，提出混合产流计算方法。

多年和季节冻土广布于高寒地区，其水热传输贯穿于寒区流域的产流、入渗和蒸散发过程中，是寒区水文过程的核心环节。而常用的单一蓄满产流、单一超渗产流以及蓄超混合产流方式都不能涵盖高寒地区土壤冻融过程中的产流机理，新的流域土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法不仅可以提高高寒地区水文模拟和水资源计算精度，同时也大大丰富了寒区水文学的内涵。已有研究表明冻土不会阻止融雪/降雨水分下渗，融雪水/降雨在土壤冻结和不冻结情况下都会下渗到土壤中。关于冻土下渗产流问题，已有许多试验和理论研究，但是目前还没有能够用于实际且满足寒区流域径流预报的下渗强度和冻土透水程度的试验资料。在国内外广泛应用的水文模型(如VIC模型、SWAT模型、新安江模型等)和陆面模式(如CLM)中，至今没有考虑土壤冻融动态蓄水容量与产流的关系和相应的冻土产流计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，而提供一种提高高寒地区水文模拟和水资源计算精度的土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法，主要步骤如下：

(A)根据土壤温度分布计算流域网格内不同时间的冻土深度；

(B)分析冻土深度的逐日空间分布状况，得到流域不同网格内包气带达到的随时间分布的田间持水量W′_m；

(C)找出流域不同网格内最大的田间持水量W′_mm，并计算流域最大持水量W_m，流域最大持水量W_m为：

(D)根据得到的不同网格内最大的田间持水量W′_mm和流域最大持水量W_m，计算流域土壤冻融产流：

当P-E＞0，则产流，否则不产流，

产流量计算方法为：

若P-E+a＜W′_mm则局部产流，有

若P-E+a≥W′_mm,则全流域产流，有

R＝P-E-(W_m-W₀) (13)