本发明涉及一种土壤对流域地表径流调节能力的评价方法。
背景技术：
当前，我国面临严峻的水资源短缺、流域旱涝灾害频发等多种水问题；因此，流域地表径流过程的“削峰补枯”日益受到国内相关管理机构及科研学者的重视。而流域土壤是由大小不同、形状不规则的土壤颗粒组成，是一个多孔体，具有吸水、蓄水等的“海绵”功能，对流域地表径流过程具有显著的调节能力；这在学术界已经得到共识。
但是，由于当前土壤对流域地表径流调节能力尚未形成统一的认识，土壤对径流调节能力没有的可靠的评判标准，导致不同流域甚至同一流域的评价结果难以对比，不能为生态海绵流域及水生态文明建设提供充分的参考数据。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种土壤对流域地表径流调节能力的评价方法，可以对不同流域的土壤对径流调节能力进行客观的、准确的定量评价，为生态海绵流域及水生态文明建设提供充分的参考数据。
为解决上述技术问题，本发明提供一种土壤对流域地表径流调节能力的评价方法，包括以下步骤:
s1：根据流域土壤质地、土层厚度、土壤孔隙度、土体构型和有机质含量对流域尺度土壤进行空间离散化处理，将流域土壤分成若干个土壤单元；
s2：根据土壤的土壤特性参数计算出各土壤单元不同土层的土壤水动力学特性参数；
s3：根据各土壤单元不同土层的土壤水动力学特性参数，采用green-ampt入渗模型计算土壤入渗率；再根据土壤单元初始含水量计算各土壤单元在场次降水不同时段的地表产流量；
s4：根据场次降水过程中累计降雨量与累计地表产流量构建单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标；
s5：根据单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标，采用加权平均法对流域尺度土壤对地表径流调节能力进行定量评价得到流域尺度土壤对地表径流调节能力的评价指标。
进一步地，步骤s2中土壤特性参数为土壤粒径级配数据、土壤有机质含量和土壤盐度；步骤s2中土壤水动力学参数为土壤容重、土壤凋萎系数、田间持水量、饱和导水率和水利传导度。
进一步地，步骤s3的根据每个土壤单元的初始土壤含水量、降雨量、实际蒸发量、降雨强度、土壤入渗率和地表产流量计算出每个土壤单元格在场次降水的不同时段的地表产流量的具体计算方法为：
当sw0>sws时：
若p-e<0，ri<in，则不产流：r＝0；
若p-e<0，ri>in，则超渗产流：r＝(ri-in)·det(t)；
若p-e>0，ri<in，则蓄满产流：r＝p-e；
若p-e>0，ri>in，则超渗产流+蓄满产流：rt＝p-e；
当sw0<sws时：
若p-e<(sw0<sws)，ri<in，则不产流：r＝0；
若p-e<(sw0<sws)，ri>in，则超渗产流：r＝(ri-in)·det(t)；
若p-e>(sw0<sws)，ri<in，则蓄满产流：r＝p-e-(sw0-sws)；
若p-e>(sw0<sws)，ri>in，则超渗产流+蓄满产流：rt＝p-e-(sw0-sws)；
其中，sw0为初始土壤含水量，sws为最终土壤含水量，p为每个土壤单元的降雨量(mm)；e为每个土壤单元实际蒸发量(mm)；ri为降雨强度(mm/h)；in为土壤入渗率(mm/hr)；r为地表产流量(mm)。
进一步地，步骤s4的根据场次降水过程中累计降雨量与累计地表产流量构建单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标的具体计算公式为：
式中，η为单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标，ri为场次降水过程中的累计降雨量，pi为场次降水过程中的累计径流量，baseflow为计流量，
进一步地，步骤5的根据单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标，采用加权平均法对流域尺度土壤对地表径流调节能力进行定量评价采用的计算公式为：
式中，ηt为流域尺度土壤对地表径流调节能力的评价指标，ηi为单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标。
本发明的有益效果为：本申请通过从区域水循环机理层面实现流域尺度上土壤对地表径流调节作用的客观的、准确的定量评价，满足当前生态海绵流域建设、流域旱涝灾害有效应对的现实需求。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种土壤对流域地表径流调节能力的评价方法，包括以下步骤：
s1：根据流域土壤质地、土层厚度、土体构型、土壤孔隙度和有机质含量对流域尺度土壤进行离散化处理，将流域土壤分成若干个土壤单元。
s2：根据土壤的土壤粒径级配数据、土壤有机质含量和土壤盐度等土壤特性参数计算出土壤单元不同土层的土壤容重、土壤凋萎系数、田间持水量、饱和导水率和水利传导度等土壤水动力学特性参数。
s3：根据各土壤单元不同土层的土壤水动力学特性参数，采用green-ampt入渗模型计算土壤入渗率；再根据土壤单元初始含水量计算各土壤单元在场次降水不同时段的地表产流量；
根据每个土壤单元的初始土壤含水量、降雨量、实际蒸发量、降雨强度、土壤入渗率和地表产流量计算出每个土壤单元格在场次降水的不同时段的地表产流量，其具体计算方法如下：
当sw0>sws时，即前期土壤水己蓄满时：
若p-e<0，ri<in，则不产流：r＝0；
若p-e<0，ri>in，则超渗产流：r＝(ri-in)·det(t)；
若p-e>0，ri<in，则蓄满产流：r＝p-e；
若p-e>0，ri>in，则超渗产流+蓄满产流：rt＝p-e；
当sw0<sws时，即前期土壤水未蓄满时：
若p-e<(sw0<sws)，ri<in，则不产流：r＝0；
若p-e<(sw0<sws)，ri>in，则超渗产流：r＝(ri-in)·det(t)；
若p-e>(sw0<sws)，ri<in，则蓄满产流：r＝p-e-(sw0-sws)；
若p-e>(sw0<sws)，ri>in，则超渗产流+蓄满产流：rt＝p-e-(sw0-sws)；
其中，sw0为初始土壤含水量，sws为最终土壤含水量，p为每个土壤单元的降雨量(mm)；e为每个土壤单元实际蒸发量(mm)；ri为降雨强度(mm/h)；in为土壤入渗率(mm/hr)；r为地表产流量(mm)。
s4：根据场次降水过程中累计降雨量与累计径流量构建单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标，具体采用的计算公式为：
式中，η为单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标，ri为场次降水过程中的累计降雨量，pi为场次降水过程中的累计径流量，baseflow为计流量，
s5：根据单个土壤单元中土壤对地表产流量调节能力的评价指标，采用加权平均法对流域尺度土壤对地表径流调节能力进行定量评价得到流域尺度土壤对地表径流调节能力的评价指标，具体采用的计算公式为：
式中，ηt为流域尺度土壤对地表径流调节能力的评价指标，ηi为单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标。
本申请通过对流域土壤进行离散化处理，将流域土壤分成若干个土壤单元，并计算每个土壤单元在场次降水的不同时段的地表产流量，再根据在场次降水的不同时段的地表产流量计算出单个土壤单元中土壤对地表径流调节能力的评价指标，最后得出整个流域尺度土壤对地表径流调节能力进行定量评价得到流域尺度土壤对地表径流调节能力的评价指标，本方法从区域水循环机理层面实现流域尺度上土壤对地表径流调节作用进行定量评价，该评价方法客观、准确，满足当前生态海绵流域建设、流域旱涝灾害有效应对的现实需求。