[发明专利]一种季节性冻土区融雪累计入渗量及时段入渗总量的估算方法

说明书

本发明公开了一种季节性冻土区融雪累计入渗量及时段入渗总量的估算方法。在土壤冻结期来临前，将土壤墒情传感器分别埋入两块代表性地块的几何中心，自动监测一定土壤深度的液态水体积含水率及土壤温度；在土壤冻结期，将CK试验地上安装挡板；在土壤融雪期，拆掉CK试验地上的挡板，测量日当天地温最高时刻的溶化深度hsubgt;i/subgt;，监测CL试验地和CK试验地的土壤液态水体积含水率，并分别计算CL试验地和CK试验地在该时刻0‑hsubgt;i/subgt;cm中累计含水量，计算开始冻结期CL试验地和CK试验地土壤0‑hsubgt;i/subgt;cm中累计含水量，计算其对应的融雪累计入渗量。本发明能够检测融雪期土壤融化深度的动态变化，并检测其时间点对应的融雪累积入渗量以及任意检测期间的融雪入渗总量。

技术领域

本发明创造属于积雪消融测量技术领域，尤其涉及一种季节性冻土区融雪累计入渗量及时段入渗总量的估算方法。

背景技术

季节性冻土区积雪量大，积雪在全球气候变化研究中有着重要价值.在融化期，积雪融化造成量大融水，是寒区农业重要的水资源，这些融水一部分入渗补给地下水，增加土壤水分，另一部分形成地表径流是发生春汛、融雪洪水和土地内涝的重要原因，同时融水也会增加年径流。部分地区融水入渗缓慢，浅层解冻土壤饱和后产生地表径流,形成融雪洪水,此种洪水历时较长，甚至可持续到冻土完全融通。在季节性冻土区入渗是融水去向的重要部分，这部分可以提供作物所需水分。因此季节性冻土区融水入渗研究为指导春耕灌溉、渍涝灾害和融雪洪水预警提供重要参考，其中融水入渗量是一个重要的参考参数。

积雪融水渗入冻土是一个复杂的过程，因为它涉及热量和质量流的相变耦合，以及复杂条件的综合影响。在季节性冻土区，积雪融化完毕在冻土融通之前，并且二者时间相差可达近两个月。冬季农田土壤内含有大量冰晶体，其非常坚硬且入渗能力极低，被认为几乎无渗透性。森林土壤中存在着大量孔隙，其渗透性相较于草原冻土更好。融化期冻土不断融化，融水带着热量向下使土壤温度升高到0℃以上，融化层前沿和融化层前沿下方的冻土层之间存在基质势差，导致融水不断入渗。Lee等采用降雨模拟器研究了冻结土壤的入渗特性，但是其采用的模拟降雨忽略温度和下降对冻土造成的冲击作用力对入渗造成的影响。然而真实的大田融雪水入渗是很难模拟的，融化期水量主要来源于积雪融化，未融化积雪的遮盖效果和融水的温度很难观测及模拟，对于大田冻土融雪水入渗的研究还需要深入。季节性冻土区融化期融水和土壤昼夜间的反复冻融，融水入渗过程十分复杂，并且地表存在大量积水，并持续很长时间，表现出冻土的限制性入水。综上所述，季节性冻土区融水入渗量的估算研究依然存在着巨大挑战。

发明内容

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的空缺，提出了一种季节性冻土区融雪累计入渗量及时段入渗总量的估算方法。本发明创造的技术方案是这样实现的：

S1：选择代表性地块，平整两处试验地，所述试验地边界挖掘深度30cm的隔离沟，且两处试验地标记为CL试验地和CK试验地；

S2：在土壤冻结期来临前，将土壤墒情传感器分别埋入CL试验地和CK试验地的几何中心，自动监测土壤0-hcm土深的液态水体积含水率及土壤温度；

S3：在土壤冻结期，将CK试验地上通过高架安装有低反射率高透光材料挡板，并及时清理所述挡板上的积雪；所述土壤冻结期与非冻结期的时间边界通过连续五日土壤表层最低温度为零摄氏度进行判定及划分。

S4：在土壤融雪期，拆掉CK试验地上的挡板，通过冻土深度测量器检测记录测量日当天地温最高时刻的溶化深度h_i，并通过土壤墒情传感器自动监测CL试验地和CK试验地的土壤液态水体积含水率，并分别计算CL试验地和CK试验地在该时刻0-h_icm中累计含水量M₃和M_c，计算开始冻结期CL试验地和CK试验地土壤0-h_icm中累计含水量M₁和M_a，所述累计含水量M由下述公式计算：