一种土壤水和地表水统一定量表达的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及过湿地表环境测量技术领域，特别是涉及一种土壤水和地表水统一定 量表达的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在过湿地表环境中，如湿地、临时洪水泛滥的地区、水量增减显著的湖泊河流等， 要对水情和环境湿度等进行实时的检测。但在过湿地表环境中水量一部分保存在土壤中、 一部分存留在地表面，且过湿地表环境又有其独特之处，即同一测量点处有时被水淹没，有 时并无积水。因此，按照传统的观测方式，同时进行地表水和土壤水的测量，会获得表示方 式不同的两套数据，地表水的刻画方法主要是地表水位值，土壤水刻画方法主要为土壤含 水量。这对计算总体水量、估算水情造成了麻烦，无论单独采用哪一套数据指标计算水量都 会对研宄造成极大的误差，也不利于数据的获取和整理。
[0003] 因此，构造一种统一定量表达土壤水和地表水的指标或方法，连续表达水分在土 壤和地表两个空间分量中的变化，是湿地生境湿度研宄中一个亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种土壤水和地表水统一定 量表达的方法及系统，能够定量地连续描述和表达水分在土壤和地表两个介质中的连续变 化情况，提高了水情测量的准确性，利于数据的获取和整理。
[0005] 本发明提供的一种土壤水和地表水统一定量表达的方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将近地表生境分成栅格结构，并运用介质的电容原理构建单点位栅格电容模 型；
[0007]S2、将土壤层数据通过经验方程计算、土壤因素改正得到壤层介电常数；再通过模 型电容计算公式，计算得到模型土壤水部分电容量；
[0008]S3、根据地表水位和地表水常态介电系数，通过模型电容计算公式，计算得到模型 地表水部分电容量；
[0009]S4、计算区域内土壤层加权平均含水量，通过函数计算，得到最大加权平均含水 量；计算此含水量下模型整体对应的模型介电常数，并带入模型电容计算公式，计算并设置 模型电容的饱和阈值；
[0010]S5、根据模型电容的饱和阈值，计算模型整体电容饱和差；
[0011]S6、定义模型基准电容，并计算模型基准电容；
[0012]S7、以步骤S6中的模型基准电容为单位，对步骤S5中的模型整体电容饱和差进行 标准化和无量纲化处理，得到生境湿度指数。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述单点位栅格电容模型是基于介质水分和介质电容 之间的定量函数关系建立的电容模型；其结构为外方内圆的空心立方体模型，内外均不控 制半径或边长大小，且模型上限为区域内地表水位达到的最大高度，下限为区域内仪器测 算到的土壤最大深度。
[0014] 在上述技术方案的基础上，所述S2的详细步骤为：
[0015] S21、输入土壤层数据，包括土壤含水量和土壤类型；根据土壤层数据推算并校正 壤层介电常数；
[0016]S22、将校正后土壤层介电常数带入模型电容计算公式，计算模型土壤水部分电容 量Ctu，其计算公式为：
[0017]
【主权项】
1. 一种土壤水和地表水统一定量表达的方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 将近地表生境分成栅格结构，并运用介质的电容原理构建单点位栅格电容模型； 52、 将土壤层数据通过经验方程计算、土壤因素改正得到壤层介电常数；再通过模型电 容计算公式，计算得到模型土壤水部分电容量； 53、 根据地表水位和地表水常态介电系数，通过模型电容计算公式，计算得到模型地表 水部分电容量； 54、 计算区域内土壤层加权平均含水量，通过函数计算，得到最大加权平均含水量；计 算此含水量下模型整体对应的模型介电常数，并带入模型电容计算公式，计算并设置模型 电容的饱和阈值； 55、 根据模型电容的饱和阈值，计算模型整体电容饱和差； 56、 定义模型基准电容，并计算模型基准电容； 57、 以步骤S6中的模型基准电容为单位，对步骤S5中的模型整体电容饱和差进行标准 化和无量纲化处理，得到生境湿度指数。
2. 如权利要求1所述的土壤水和地表水统一定量表达的方法，其特征在于：所述单点 位栅格电容模型是基于介质水分和介质电容之间的定量函数关系建立的电容模型；其结构 为外方内圆的空心立方体模型，内外均不控制半径或边长大小，且模型上限为区域内地表 水位达到的最大高度，下限为区域内仪器测算到的土壤最大深度。
3. 如权利要求1所述的土壤水和地表水统一定量表达的方法，其特征在于，所述S2的 详细步骤为： 521、 输入土壤层数据，包括土壤含水量和土壤类型；根据土壤层数据推算并校正壤层 介电常数； 522、 将校正后土壤层介电常数带入模型电容计算公式，计算模型土壤水部分电容量 Ctu，其计算公式为：
其中，i为正整数，eTi为校正后土壤第i层介电常数，R为内圆柱半径，a为外方柱边 长，Iii为第i层壤层高度，N为土壤层数，€为外方柱截面边点与中心点的连线与横轴线之 间的夹角。
4. 如权利要求3所述的土壤水和地表水统一定量表达的方法，其特征在于：步骤S21 所述根据土壤层数据推算并校正壤层介电常数的具体步骤包括： 5211、 根据土壤含水量数据计算各土壤层介电常数，计算公式为： ei= (Q+P* 9 v)2 其中，^为土壤第i层介电常数，P、Q为标准土壤类型系数，0v为土壤体积含水量； 5212、 根据土壤类型数据和模型土壤参数，推导出土壤参数之间的关系公式，进而得到 土壤介电常数校正公式，
其中，为土壤类型校正因子； S213、将未校正的土壤层介电常数值带入上述校正公式，计算出校正后的土壤层介电 常数。
5. 如权利要求1所述的土壤水和地表水统一定量表达的方法，其特征在于，所述S3的 详细步骤为： 531、 输入地表层数据，包括地表水位数据、地表水介电常数； 532、 将地表水层介电常数带入模型电容计算公式，计算模型地表水部分电容量Cdi，其 计算公式为：
其中，％为