[发明专利]一种雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法

权利要求书

1.一种雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、判断积雪厚度是否构成雪被层；

S2、根据研究区积雪、土壤和松散岩层的实测结果设置积雪、土壤和松散岩层各项水热参数；

S3、建立模型结构：当存在雪被层时，模型计算的第1层是雪被，第2～m+1层划分为土壤层，第m+2～m+1+n层划分为松散岩层；否则模型计算的第1～m层划分为土壤层，第m+2～m+n层划分为松散岩层；

S4、采用迭代计算的方法计算各计算层之间的水热通量；

步骤S4具体包括：

S41，计算大气与雪被层的热通量；

S42，计算土壤和雪被层间的热通量；

S43，计算土壤与松散岩层、松散岩层间的热通量；

S44，将雪被和松散岩层加入迭代计算得到各层温度、热通量；

步骤S41中采用强迫-恢复法计算大气与雪被层的热通量；

步骤S42中所述积雪和土壤层的热通量的计算公式为：

C为土壤和积雪间的感热通量，Z_S为积雪厚度,Z_C为第一层土壤厚度，λ_S为冰雪层热传导率，λ_C为土壤层热传导率，R_C为土壤层与积雪层的接触热阻，T_C为第一层土壤层温度，T_S为积雪层温度；

步骤S43中土壤与松散岩层的热通量公式、松散岩层间的热通量计算公式均为：

式中H_i,i+1、H_j,j+1H_j-1,j分别代表相邻计算层间的热通量，λ_s，i、λ_s，i+1分别为该连续体第i层和第i+1层的热导系数；T_s，i、T_s，i+1、T_s，j分别为该连续体第i层、第i+1层、第j层的温度；z_i、z_i+1、z_j分别为该连续体第i层、第i+1层、第j层的厚度；C_s，i为连续体第j层的质量热容；р_s，i为连续体第j层的密度；每一层土壤初始温度是模型的输入数据，土壤温度和含水率用数值迭代求解；

模型采用显式差分进行数值迭代计算，考虑到多层雪被-土壤-松散岩层连续体计算时长的限制，采用嵌套式迭代；

雪被-土壤-松散岩层连续体的水热通量计算流程具体如下：

1).根据初始条件计算热传导、雪被、土壤和松散岩层的温度和水分相变，然后以雪被、土壤和松散岩层为判定条件迭代计算至收敛；

2).热量计算闭合收敛后再根据水量平衡计算各层水分运移量，并修正土壤和松散岩层的含水率；

3).用液态含水率判定是否收敛，若不收敛则返回步骤1)进行热量计算，直至热量和水量迭代计算均闭合收敛后，多层水热耦合计算结束，最终雪被层、土壤和松散岩层的温度和含水率数值求解完成。

2.根据权利要求1所述的雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

S11，根据待测环境设定雪被层阈值；

S12,判断积雪厚度是否高于设定的阈值，若高于阈值，则积雪层构成雪被层；若低于阈值，若积雪层不构成雪被层。

3.根据权利要求1所述的雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法，其特征在于，步骤S2中的水热参数包括：饱和导水系数，饱和含水率，田间持水率，吸湿系数，最大分子持水率，毛管湿润峰吸引压，降雪密度，体积热容，导热系数和热容量。