[发明专利]一种大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法

权利要求书

1.一种大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1、根据地表水文过程，结合地表氮素总量，分别计算由于氮沉降和施肥沉降到地表的随地表径流流失、下渗到土壤以及储存在地表洼地的溶解态氮分量；

S2、以土壤水文过程为基础，计算源汇项，并根据源汇项利用对流弥散方程计算土壤各层氮素浓度；

S3、根据地下水水文过程，利用质量守恒方程计算地下水氮素浓度；

S4、根据坡面沟水文过程，利用对流弥散方程计算坡面沟中氮素浓度；

S5、根据河道水文过程，利用对流弥散方程计算河道断面氮素浓度。

2.根据权利要求1所述的大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法，其特征在于：步骤S1具体为，根据地表水文过程，计算由于氮沉降和施肥沉积到地表的氮素随地表径流流失、下渗到土壤以及储存在地表洼地的比例，并利用比例乘以地表氮素总量分别计算随地表径流流失、下渗到土壤以及储存在地表洼地的溶解态氮量；计算公式分别如下，

M_in＝M_fer+M_wet

M_run＝rate_run·M_in

M_inf＝rate_inf·M_in

M_store＝rate_store·M_in

其中，Rsuf_C为地表径流量；inf_c为地表下渗到土壤的水量；Rstore_C为洼地储留量；rate_run为地表径流流失的水量占地表总水量的比例；rate_inf为下渗到土壤的水量占地表总水量的比例；rate_store为储存在地表的水量占地表总水量的比例；M_in为地表氮的输入总量；M_fer为地表施肥量；M_wet为地表氮沉降量；M_run为随地表径流流失的溶解态氮量；M_inf为下渗到土壤的溶解态氮量；M_store为储存在地表的溶解态氮量。

3.根据权利要求2所述的大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法，其特征在于：步骤S2具体为，根据土壤水文过程，计算源汇相，源汇项包括由于土壤吸力引起的上下迁移量、氮素转化量以及通过壤中流流失量；进而利用源汇项使用对流弥散方程计算土壤各层氮素的浓度；

利用下式计算在dt时间内的源汇项

其中，V为土壤体积；M_fer为施氮量；M_wet为每日氮沉降量；M_updown为由于土壤吸引力引起的氮素在相邻两层的迁移量；M_tran为氮素不同成分之间的转化量，M_tran＝-μ_iC_i，μ_i为各种反应系数，C_i表示土壤中污染物的浓度；M_uptake为植物根系吸收量；M_runoff为壤中流损失量；

在冻融期，施氮量和植物根系吸收量为零；土壤分为11层，只在第一层土壤考虑氮沉降与施肥，层与层之间考虑由于重力势引起的下渗，由于吸引力引起的土壤水分在上下层的迁移量，进而引起氮素在上下层的迁移；

利用对流弥散方程计算土壤各层氮素浓度的计算公式如下，

其中，C_dis为土壤水中溶解态氮的浓度；C_sorb为吸附态氮的浓度，C_sorb＝K_d·C_dis，K_d表示固相、液相分配系数；ρ为土壤容重；v为土壤水流通量；z为表示各层土壤相对于基准面的深度；θ为t时刻位于深度z处的土壤体积含水率；D为水动力弥散系数。