[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

说明书

本发明提供了一种雪被‑土壤‑松散岩层连续体水热耦合计算方法，该方法涉及水文模型技术领域，该方法采用水文模型，在原有的土壤层基础上，在土壤层顶部考虑积雪对含水层水热计算的影响，并在土壤层下层加入了不属于土壤但是可以储存地下水的松散岩层，形成雪被‑土壤‑松散岩层连续体的热通量计算模型。该方法考虑了雪被和松散岩层对于模型水热计算的影响，可以运用于雪被厚度较大、土壤层较薄的子流域，提升了模型的使用范围，不仅让模型的物理结构更加接近实际，同时也提升了模型的计算精度。

技术领域

本发明涉及水文模型技术领域，尤其涉及一种雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法。

背景技术

寒区水循环主要受冰川、积雪和冻土的影响，冰川、积雪和冻土存在的寒区对气候变化和人类活动的响应不同于非寒区，冰川积雪的特殊融化规律以及土壤冻融过程带来的土壤水重新分布都不同程度影响寒区的入渗、蒸发、降水、径流、壤中流等水循环过程。了解寒区水循环过程对冻土和水资源演变规律研究具有重要意义。

从多年冻土的分布和形成条件来看，全球寒区可分成两大类：一是处于高、中纬度的高纬度寒区；二是处于中、低纬度的高海拔寒区。中国寒区主要特点为位于北回归线以上，覆盖多年冻土及季节性冻土，多年冻土覆盖面积大。世界第三；同时寒区多为高海拔寒区，高海拔多年冻土面积达1.73×106km²，位于世界首位。

寒区冻土水文研究初期，学者们进行了大量的室外室内实验研究土壤冻融过程中的水热迁移机制，由于冻土水分和热量运动的复杂性，采用单一的实验方法去解决或者反映实际问题时很困难，随着计算机技术的发展，实验观测和数值模拟相结合的方法逐渐成为研究寒区冻土水文的重要手段。

在过去的几十年，开发出了很多模拟冻土水分迁移和热量传导的模型，这些在原有的各含水层水热耦合计算过程中，大多都单纯的认为水热耦合的计算层垂向为土壤层，忽略了土壤上方季节性变化的积雪和土壤下方混合土壤的松散岩层的影响。而对于某些高原寒区的非冰川区，地表覆盖着面积巨大的季节性变化的积雪层，且部分地区受地形影响，表层土壤很薄较薄，土壤层下方却存在厚度较大的含水松散岩层。因此，考虑积雪和松散岩层对流域水热情况的影响，对于提高模型精度非常重要，同时也可以提升模型的适用广度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种雪被-土壤-松散岩层连续体水热耦合计算方法，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述降雪密度的计算公式为：