[发明专利]一种基于剖面含水率和地下水埋深的土壤剖面水量利用量计算方法

说明书

本发明公开了一种基于剖面含水率和地下水埋深的土壤剖面水量利用量计算方法，主要步骤如下：数据准备与检查；体积含水率的修正与插值，采用三段式插补法给出整个计算剖面的含水率；选定计算区范围计算土壤剖面储水量；最后利用计算时段初、末土壤剖面储水量之差，得到土壤剖面水量利用量；同时利用地下水埋深变动带的储水量变化计算得到饱和带的地下水利用量，并进一步反推非饱和带的土壤水利用量，从而获得土壤剖面水量利用量的垂向分布情况。本发明利用实测含水率数据并将其延拓至整个计算剖面，通过对计算区的分段，计算得到饱和带地下水利用量和非饱和带土壤水利用量，为区分土壤剖面水量利用量的来源提供了数据支撑。

技术领域

本发明属于水利计算领域，涉及一种土壤水及地下水计算领域，具体涉及一种基于剖面含水率和地下水埋深的土壤剖面水量利用量计算方法，用于干旱平原地区的剖面水量利用量(土壤水和地下水利用量)的计算。

背景技术

近几十年来，全球农业灌溉面积迅速增加，灌溉用水占大部分国家总用水量的一半以上，使得水资源供需矛盾极端突出。此外在我国西北的干旱地区，还存在着时间上的水资源供需结构性不平衡问题，更进一步加剧了水资源供需矛盾。在春夏季作物需水较大的生育阶段，天然来水较少；而在秋季作物成熟收获阶段，天然来水却较多。因此，利用非生育期的地面来水以较大的灌水定额将水分储存在土壤中，以满足来年作物生育期的用水要求，成为一种减小灌溉高峰用水量的重要季节性调节手段。土壤储水再利用是生育期作物生长所需水资源的重要来源，量化分析土壤剖面水量利用量对于地区水资源管理和生育期作物灌溉制度的制定十分关键。

目前关于土壤剖面水量利用量的计算方法存在着以下不足：

(1)较多计算方法是通过给水度和埋深变动量的乘积直接进行计算的，给水度取值难以确定。一般采用的抽水试验获得的给水度在物理意义上与土壤剖面水量利用量计算公式中采用的给水度物理意义不一致，且采用其值计算土壤剖面水量利用量时会造成结果的低估。

(2)目前关于剖面水量利用量的计算方法主要关注饱和带地下水利用量，忽略了储存在非饱和带中的非饱和土壤水利用量。但实测数据表明储存在土壤中被生育期作物利用的水量较大，不容忽视。

发明内容

针对目前对土壤剖面水量利用量计算的不足，本发明提出一种基于剖面含水率和地下水埋深的土壤剖面水量利用量计算方法。该方法利用本发明所提出三段式插补法将实测含水率数据延拓至整个饱和-非饱和计算剖面，利用全剖面的含水率数据计算土壤剖面储水量。在忽略水平向水分运动的前提下(对于干旱平原区，田间饱和-非饱和带水分运动方向主要是垂向)，利用计算时段初、末剖面之差计算得到计算时段内总的土壤剖面水量利用量。同时以计算时段初的地下水埋深为分隔，将土壤剖面水量利用量划分为非饱和带土壤水利用量和饱和带地下水利用量，进而得到土壤剖面水量利用量的垂向分布情况。该方法可简单准确地计算地区的土壤剖面水量利用量。

为解决上述计算问题，本发明通过以下步骤实现：

一种基于剖面含水率和地下水埋深的土壤剖面水量利用量计算方法，包括以下步骤：

步骤1：数据准备与检查；

收集计算区域的土壤含水率资料、地下水埋深资料、容重、饱和含水率及土壤质地等资料，并对收集资料进行数据检查和格式统一处理。

同时将质量含水率转换为体积含水率。实测土壤含水率资料一般采用烘干法测得(测定值为质量含水率)，故将实测质量含水率转换为体积含水率，计算公式如下，

θ_v＝γ×θ_m 公式(1)

其中：θ_v为体积含水率，cm³/cm³；θ_m为质量含水率，g/g；γ为土壤容重，g/cm³。

步骤2：体积含水率的修正与插值；