[发明专利]一种确定允许喷灌强度的方法

摘要

本发明公开了一种确定允许喷灌强度的方法，属于灌溉领域。所述方法通过测量坡地的坡度、坡顶边界长度和坡长，然后根据坡地的坡度、坡顶边界长度和坡长对坡地网格化得到坡地包括的每个土壤块，构建每个土壤块的差分方程，通过对每个土壤块的差分方程进行求解最终得到允许喷灌强度，由于差分方程考虑地表滞蓄能力，使得确定的允许喷灌强度较合适，使土壤得到有效灌溉，且避免土壤有较深的积水，节省水资源。

主权项

1.一种确定允许喷灌强度的方法，其特征在于，所述方法包括：第一步：确定坡地的坡面、下边界、坡顶边界和坡脚边界，测量坡地的坡度α、坡顶边界长度H和坡长L；建立以所述坡地的顶点位置为坐标原点，以垂直坡面且向下方向为z轴正向，沿坡面向下方向为x轴正向的直角坐标系；第二步：沿x轴方向以预设第一步长△x以及沿z轴方向以预设第二步长△z，对所述坡地的截面进行网格化，使所述坡地形成m*v个土壤块，m＝L/△x，v＝H/△z；所述m*v个土壤块包括M个内土壤块和N个外土壤块，所述外土壤块包括位于所述坡面上的土壤块，位于所述下边界上的土壤块、位于所述坡顶边界上的土壤块和位于坡脚边界上的土壤块，M＝(m‑2)*(v‑2)，N＝2(m+v‑2)；第三步：测量在所述坡地包括的每个土壤块(i,j)在第0单位时间内的土壤体积含水率其中i＝0、1……m，j＝0、1……v；第四步：根据所述M个内土壤块中的每个内土壤块(i,j)，构建(m‑1)×(v‑1)个如公式(1)所示的差分方程，i＝1、2……m‑1，j＝1、2……v‑1；在上述公式(1)中，为土壤块(i,j)在第k个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i,j)在第k+1个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i‑1,j)在第k+1个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i+1,j)在第k+1个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i,j‑1)在第k+1个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i,j+1)在第k+1个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i,j‑1)在第k个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i,j+1)在第k个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i‑1,j)在第k个单位时间内的土壤负压水头，为土壤块(i+1,j)在第k个单位时间内的土壤负压水头；为土壤块(i,j)和(i,j+1)在第k个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i,j‑1)和(i,j)在第k个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i,j)和(i+1,j)在第k+1个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i‑1,j)和(i,j)在第k+1个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i,j)和(i+1,j)在第k个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i‑1,j)和(i,j)在第k个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i,j)和(i,j+1)在第k+1个单位时间内的平均土壤导水率，为土壤块(i,j‑1)和(i,j)在第k+1个单位时间内的平均土壤导水率；为土壤块(i,j)在第k+1个单位时间内的土壤容水度，Δt为预设的单位时间的时长，K_s为预先测量的土壤饱和导水率；h为土壤负压水头；为土壤块(i,j)在第k个单位时间内的土壤体积含水率，为土壤块(i,j)在第k+1个单位时间内的土壤体积含水率，θ_s为预先测量的饱和含水率，θ_r为残余含水率；a、n为参数，k为单位时间的序号，k＝0、1、2……T，T为预设数值；第五步：当地表无积水时，根据位于所述坡面上的每个外土壤块(i,0)，构建m+1个如公式(2)所示的差分方程，i＝0、1……m；其中，在公式(2)中，I为预设的喷灌强度；当地表有积水时，根据位于所述坡面上的每个外土壤块(i,0)，构建m+1个如公式(3)所示的差分方程，i＝0、1……m；其中，在公式(3)中，I为预设的喷灌强度；第六步：根据位于所述下边界上的每个外土壤块(i,v)，构建m+1个如公式(4)所示的差分方程，i＝0、1……m；第七步：根据位于所述坡顶边界上的每个外土壤块(0,j)，构建v‑1个如公式(5)所示的差分方程，j＝1……v‑1；其中，在公式(5)中，b_0,j＝‑c_0,j＝1/Δx，s_0,j＝‑sinα；第八步：根据位于所述坡脚边界上的每个外土壤块(m,j)，构建v‑1个如公式(6)所示的差分方程，j＝1……v‑1；其中，在公式(6)中，a_m,j＝‑b_m,j＝1/Δx，s_m,j＝‑sinα；第九步：根据每个内土壤块在第0单位时间内的土壤体积含水率并通过上述(m‑1)×(v‑1)个公式(1)、m+1个公式(2)或(3)、m+1个公式(4)、(v‑1)个公式(5)和(v‑1)公式(6)，计算出每个土壤块(i,j)在第k个单位时间内的土壤体积含水率第十步：当k达到预设数值T时，构建式(7)可得到所有单位时间内的地表土壤块(i，0)的负压水头最大值hmax，若hmax小于预设的地表滞蓄能力ZXNL，则将喷灌强度I增加一个预设值ΔI达到喷灌强度(I+ΔI)，返回第四步重新计算得到hmax，直至hmax大于或等于ZXNL为止，此时的喷灌强度(I+xy×ΔI)即为所要确定的允许喷灌强度，xy为反复计算的次数；