地面灌溉地表水流运动过程模拟方法
【专利摘要】本发明公开了一种地面灌溉地表水流运动过程模拟方法，属于农田水利技术领域。该模拟方法包括：步骤a，获取目标畦田的地表相对高程数据，畦面糙率系数数据以及地表水入渗率数据；步骤b，将地表相对高程数据、畦面糙率系数数据以及地表水入渗率数据代入改进全水动力学方程，对改进全水动力学方程进行数值求解得出目标畦田内某一测点在某一时刻的地表水深的模拟值、灌溉水流沿x坐标方向以及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值；步骤c，根据地表水深的模拟值、灌溉水流沿x坐标方向以及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，得出灌溉水流沿x坐标向以及沿y坐标向的单宽流量的模拟值。该模拟方法模拟精度高、数值求解过程简单。
【专利说明】
地面灌概地表水流运动过程模拟方法
技术领域
[0001] 本发明设及农田水利技术领域，特别设及一种地面灌概地表水流运动过程模拟方 法。
【背景技术】
[0002] 地面灌概是目前农田灌概中应用最广泛的一种灌概方式。为了更加合理地设计地 面灌概系统W及实现高效节水，需要对地面灌概地表水流运动过程，即灌概水流入渗至± 壤中的分布状况进行模拟。
[0003] 目前对地面灌概地表水流运动过程进行模拟的方法为:根据地表相对高程、畦面 糖率系数W及地表入渗率，利用经典全水动力学方程计算畦田内某一测点在某一时刻的地 表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值W及沿y坐标方向的 垂向积分平均流速的模拟值等数据，并分别计算地表水深的模拟值与沿X坐标方向的垂向 积分平均流速模拟值的乘积W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值的乘积，得出 沿X坐标向的单宽流量的模拟值W及沿y坐标向的单宽流量的模拟值。上述经典全水动力学 方程的亲i大井々n下.
[000^
[OOOJ
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[0007]上式中，h为地表水深，单位为m;x和y分别为两个正交方向的空间坐标;U和V分别 为沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位为m/s;qx和Qy分别为沿X坐标向和y坐标 向的单宽流量，单位为mV(s ? m)，qx = h ? u，qy = h ? v;g为重力加速度，单位为m/s2;C为地 表水位相对高程，单位为m，C =地表水深h+地表相对高程b; n为畦面糖率系数，单位为s/mi ; i。为地表水入渗率，单位为m/s。
[000引在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在W下问题:通过现有地面 灌概地表水流运动过程模拟方法得到的模拟地表水流运动过程数据与实测数据的相对误 差较大，模拟精度不高。并且，现有地面灌概地表水流运动过程模拟方法中所用的经典全水 动力学方程的数值求解过程比较复杂。
【发明内容】
[0009] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种模拟精度高、数值求解过程 简单的地面灌概地表水流运动过程模拟方法。
[0010] 具体而言，包括W下技术方案：
[0011] -种地面灌概地表水流运动过程模拟方法，所述模拟方法包括：
[0012] 步骤a，获取目标畦田的地表相对高程数据，畦面糖率系数数据W及地表水入渗率 数据；
[0013] 步骤b，将所述地表相对高程数据、所述畦面糖率系数数据W及所述地表水入渗率 数据代入改进全水动力学方程，对所述改进全水动力学方程进行数值求解得出所述目标畦 田内某一测点在某一时刻的地表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向的垂向积分平均流 速的模拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，所述改进全水动力学方程的 表达式为：
[0014
[0015
[0016
[0017
[0018] 其中：h为地表水深，单位为m;x和y分别为两个正交方向的空间坐标;U和V分别为 灌概水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位为m/s; g为重力加速度，单位为m/ S2; C为地表水位相对高程，单位为m，C =地表水深h+地表相对高程b; n为畦面糖率系数，单 位为s/mi/3; i。为地表水入渗率，单位为m/s;
[0019] 步骤C，根据所述地表水深的模拟值、所述灌概水流沿X坐标方向的垂向积分平均 流速的模拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，得出灌概水流沿X坐标向的 单宽流量的模拟值W及沿y坐标向的单宽流量的模拟值。
[0020] 具体地，步骤a中，所述获取目标畦田的地表水入渗率数据具体包括：
[0021 ] 获取Kostiakov入渗经验公式入渗参数、Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参 数，根据Kost iakov入渗经验公式计算所述目标畦田的地表水入渗率数据；
[00剖所述KostiakoV入渗经验公式为：ic =址inT"-i;其中：ic为地表水入渗率，单位为m/ S; a为所述Kostiako V入渗经验公式无量纲入渗参数;kin为所述Kostiako V入渗经验公式入 渗参数，单位为cm/minu; T为入渗受水时间，单位为S。
[0023] 具体地，采用双环入渗法确定所述Kostiakov入渗经验公式入渗参数W及所述 Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数。
[0024] 具体地，步骤a中，所述获取目标畦田的地表相对高程数据具体包括:采用水准仪， 间隔预设距离测量所述地表相对高程数据。
[00巧]具体地，所述预设距离为5m。
[0026]具体地，所述获取目标畦田的畦面糖率系数数据具体包括:对所述目标畦田的地 表水深进行观测，获取所述目标畦田的地表水深的观测数据，根据所述地表水深的观测数 据估算所述畦面糖率系数。
[0027] 具体地，步骤b中，采用有限体积法对所述改进全水动力学方程进行数值求解。
[0028] 具体地，步骤C中，利用W下公式计算所述灌概水流沿X坐标方向的单宽流量的模 拟值W及沿y坐标方向的单宽流量的模拟值：
[0029] qx=h ? u,qy = h ? v；
[0030] 其中：qx和qy分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的单宽流量，单位为m3/(s ? m); h为地表水深，单位为m;u和V分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单 位为m/s。
[0031] 本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
[0032] 本发明实施例提供的地面灌概地表水流运动过程模拟方法中，利用改进全水动力 学方程求解目标畦田内某一测点在某一时刻的地表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向 的垂向积分平均流速的模拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，从而对地 面灌概地表水流运动过程进行模拟。由于改进全水动力学方程的数学性质为抛物型，而经 典全水动力学方程的数学性质为双曲型，因此，在地面灌概特定的水流物理条件下，与经典 全水动力学方程相比，利用改进全水动力学方程求解得到的地面灌概地表水流运动过程模 拟结果与实测结果的相对误差较小，模拟精度更高。同时，与经典全水动力学方程相比，改 进全水动力学方程更容易进行数值求解，提高地面灌概地表水流运动过程的模拟效率。
【附图说明】
[0033] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍。
[0034] 图1为实例1的地表水流推进过程模拟值与实测值之间的对比图；
[0035] 图2为实例1的地表水流消退过程模拟值与实测值之间的对比图；
[0036] 图3为实例2的地表水流推进过程模拟值与实测值之间的对比图；
[0037] 图4为实例2的地表水流消退过程模拟值与实测值之间的对比图；
[0038] 图5为实例3的地表水流推进过程模拟值与实测值之间的对比图；
[0039] 图6为实例3的地表水流消退过程模拟值与实测值之间的对比图。
[0040] 图1~图6中，--代表模拟值，--------代表实测值。
【具体实施方式】
[0041] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员 通常理解的相同的含义。
[0042] 本发明实施例提供了 一种地面灌概地表水流运动过程模拟方法，该模拟方法包 括：
[0043] 步骤1，获取目标畦田的地表相对高程数据，畦面糖率系数数据W及地表水入渗率 数据。
[0044] 步骤2,将地表相对高程数据、畦面糖率系数数据W及地表水入渗率数据代入改进 全水动力学方程，对改进全水动力学方程进行数值求解得出目标畦田内某一测点在某一时
[0045] 刻的地表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值W及沿y坐标 方向的垂向积分平均流速的模拟值，改进全水动力学方程的表达式为：
[0046]
[0047]
[004引
[0049] 其中：h为地表水深，单位为m;x和y分别为两个正交方向的空间坐标;U和V分别为 灌概水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位为m/s; g为重力加速度，单位为m/ S2; C为地表水位相对高程，单位为m，C =地表水深h+地表相对高程b; n为畦面糖率系数，单 位为s/mi/3; i。为地表水入渗率，单位为m/s;
[0050] 步骤3,根据地表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向的垂向积分平均流速的模 拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，得出灌概水流沿X坐标向的单宽流量 的模拟值W及沿y坐标向的单宽流量的模拟值。
[0051 ]本发明实施例提供的地面灌概地表水流运动过程模拟方法中，通过对改进全水动 力学方程进行数值求解，得出目标畦田内某一测点在某一时刻的地表水深的模拟值、灌概 水流沿X坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的 模拟值，从而对地面灌概地表水流运动过程进行模拟。通过对比改进全水动力学方程的表 达式和经典全水动力学方程的表达式可W看出，改进全水动力学方程的数学性质为抛物 型，经典全水动力学方程的数学性质为双曲型，而地面灌概水流运动过程属于浅水流过程， 因此，在地面灌概特定的水流物理条件下，与经典全水动力学方程相比，利用改进全水动力 学方程求解得到的地面灌概地表水流运动过程模拟结果与实测结果的相对误差较小，模拟 精度更高。同时，与经典全水动力学方程相比，改进全水动力学方程更容易进行数值求解， 从而提高地面灌概地表水流运动过程的模拟效率。
[0052] 本领域技术人员可W理解的是，本发明实施例提供的模拟方法步骤1中的地表相 对高程数据、畦面糖率系数数据W及地表水入渗率数据均为实测数据，可W通过开展±壤 入渗试验和地表水深观测试验来获得上述数据。
[0053] 其中，
[0054] 获取目标畦田的地表水入渗率数据具体包括:获取Kostiakov入渗经验公式入渗 参数、Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数，根据Kostiakov入渗经验公式计算目标畦 田的地表水入渗率数据；
[0化5] Kostiakov入渗经验公式为：ic =址inTU-i;其中：ic为地表水入渗率，单位为m/s;曰 为Kost iakov入渗经验公式无量纲入渗参数;kin为Kost iakov入渗经验公式入渗参数，单位 为cm/min% T为入渗受水时间，单位为S。
[0化6] Kostiakov入渗经验公式入渗参数W及Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数 可W通过双环入渗法的试验结果确定。双环入渗法是一种常用的±壤入渗参数测量方法。 双环入渗法所用设备主要包括内外两个同屯、设置的圆环W及马利奥特瓶。将内环和外环插 入±层一定深度，利用马利奥特瓶向内环注水，连续观测并记录马利奥特瓶内水位随时间 的变化。
[0057]本领域技术人员可W理解的是，在一块目标畦田内，通常会设置多个±壤入渗参 数测点，每一个测点最终得到的Kostiakov入渗经验公式入渗参数W及KostiakoV入渗经验 公式无量纲入渗参数可能会有所不同。当多个测点得到的Kostiakov入渗经验公式入渗参 数W及Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数的数值不相同时，在计算该目标畦田的地 表水入渗率时所用的Kostiako V入渗经验公式入渗参数W及Kostiakov入渗经验公式无量 纲入渗参数的取值应当为各测点得到的Kostiakov入渗经验公式入渗参数W及Kostiakov 入渗经验公式无量纲入渗参数的数值的平均值。
[005引本领域技术人员也可W采用本领域其他常规的获取地表水入渗率数据的方法来 获取目标畦田的地表水入渗率数据。
[0059] 获取目标畦田的地表相对高程数据具体包括:采用水准仪，间隔预设距离测量地 表相对高程数据。其中预设距离可W为5m或者其他数值，例如4111、6111、8111、1〇111等，本领域技术 人员可W根据实际情况进行设定。
[0060] 获取目标畦田的畦面糖率系数数据具体包括:对目标畦田的地表水深进行观测， 获取目标畦田的地表水深的观测数据，根据地表水深的观测数据估算畦面糖率系数。本领 域技术人员可W理解的是，目标畦田不同位置处的糖率系数可能不相同，可W W不同位置 处的糖率系数的平均值作为该目标畦田的糖率系数。
[0061] 进一步地，本发明实施例提供的模拟方法中，步骤2中采用有限体积法对改进全水 动力学方程进行数值求解。在利用有限体积法进行数值求解过程中设及的初始条件、边界 条件等的选择采用本领域的常规技术手段即可。本领域技术人员也可W采用本领域其他常 规的数值求解方法来对改进全水动力学方程进行数值求解，例如有限差分法、有限单元法 等。
[0062] 进一步地，本发明实施例提供的模拟方法中，步骤3中，利用W下公式计算灌概水 流沿X坐标方向的单宽流量的模拟值W及沿y坐标方向的单宽流量的模拟值:Qx=h ? U，Qy = h ? V。其中：Qx和Qy分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的单宽流量，单位为m3/(s ? m) ;1!为 地表水深，单位为m;u和V分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位 为 m/s。
[0063] 进一步地，本发明实施例提供的模拟方法中，X坐标向和y坐标向可W是目标畦田 内任意的两个正交方向，本领域技术人员可W根据实际情况进行选择。例如，可W W目标畦 田的长度方向作为X坐标向，W目标畦田的宽度方向作为y坐标向。
[0064] 下面W具体地面灌概数据为例，对本发明实施例提供的地面灌概地表水流运动过 程模拟方法作进一步详细说明，并将采用本发明实施例提供的模拟方法的精确度进行评 价。
[0065] W下实施例中，W目标畦田的长度方向作为X坐标向，W目标畦田的宽度方向作为 y坐标向。
[0066] 实施例1
[0067] 本实施例选取河北冶河灌区一尺寸为50mX50m的田块作为目标畦田，采用本发明 的模拟方法对该目标畦田内冬小麦冬灌过程中地表水流运动过程进行模拟。具体模拟方法 如下：
[0068] 步骤101，采用双环入渗法对该目标畦田开展±壤入渗试验，确定Kostiakov入渗 经验公式入渗参数W及Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数，利用Kostiako V入渗经验 公式：ic = akin广1计算该目标畦田的地表水入渗率ic。其中，日为1(〇81：1曰1?)￥入渗经验公式无 量纲入渗参数，其取值为目标畦田内各个测点试验结果的平均值;kin为KostiakoV入渗经验 公式入渗参数，其取值为目标畦田内各个测点测试结果的平均值；T为入渗受水时间，单位 为S。
[0069] 步骤102,采用水准仪，W5m间隔距离测量地表相对高程数据。
[0070] 步骤103，对该目标畦田开展地表水深观测试验，获取目标畦田的地表水深的观测 数据，根据地表水深的观测数据估算畦面糖率系数。本实施例中畦面糖率系数n的取值为目 标畦田内各观测点试验结果的平均值。
[0071] 上述步骤101~103的顺序没有严格限制。本实施例根据该目标畦田2008年冬小麦 冬灌试验数据得出上述Kostiakov入渗经验公式入渗参数、Kostiako V入渗经验公式无量纲 入渗参数、地表相对高程W及畦面糖率系数，上述各数据的具体取值如表1所示。
[0072] 表 1 [00731
[0074] 步骤104,将步骤101~103中得到的地表相对高程数据、畦面糖率系数数据W及地 表水入渗率数据代入改进全水动力学，采用有限体积法对改进全水动力学方程进行数值求 解，得出目标畦田内某一测点在某一时刻的地表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向的垂 向积分平均流速的模拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值。改进全水动力 学方程的表达式为：
[0075：
[0076；
[0077：
[007引
[0079] 其中：h为地表水深，单位为m; X和y分别为目标畦田长度方向和目标畦田宽度方向 的空间坐标;U和V分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位为m/s; g 为重力加速度，单位为m/s2; C为地表水位相对高程，单位为m，C =地表水深h+地表相对高程 b; n为畦面糖率系数，单位为s/mi/3; i。为地表水入渗率，单位为m/s。
[0080] 步骤105,将步骤104得到的地表水深的模拟值、灌概水流沿X坐标方向的垂向积分 平均流速的模拟值W及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值代入公式:qx = h ? u，qy =h ? V，得出灌概水流沿X坐标向的单宽流量的模拟值W及沿y坐标向的单宽流量的模拟 值。其中：qx和Qy分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的单宽流量，单位为m3/(s ? m) ;h为地 表水深，单位为m;u和V分别为灌概水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位为 m/s。
[0081 ] 对比例1
[0082] 本对比例采用现有的模拟方法对实施例1中的目标畦田的地面灌概地表水流运动 过程进行模拟。
[0083] 本对比例与实施例1的区别在于:将地表相对高程数据、畦面糖率系数数据W及地 表水入渗率数据代入经典全水动力学，采用有限体积法对经典全水动力学方程进行数值求 解。
[0084] 实施例2
[0085] 本实施例选取新疆生产建设兵团某团场一尺寸为80m X 50m的田块作为目标畦田， 对该目标畦田内冬小麦春灌过程中地表水流运动过程进行模拟。
[0086] 具体模拟方法同实施例1。
[0087] 本实施例中根据该目标畦田2010年冬小麦春灌试验数据得出Kostiakov入渗经验 公式入渗参数、Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数、地表相对高程W及畦面糖率系 数，上述各数据的具体取值如表2所示。
[0088] 表 2
[0089]
[Ouvuj X了 比> 例 Z
[0091] 本对比例采用现有的模拟方法对实施例2中的目标畦田的地面灌概地表水流运动 过程进行模拟。
[0092] 本对比例与实施例2的区别在于:将地表相对高程数据、畦面糖率系数数据W及地 表水入渗率数据代入经典全水动力学，采用有限体积法对经典全水动力学方程进行数值求 解。
[0093] 实施例3
[0094] 本实施例选取新疆生产建设兵团某团场一尺寸为200mX 60m的田块作为目标畦 田，对该目标畦田内冬小麦春灌过程中地表水流运动过程进行模拟。
[00M]具体模拟方法同实施例1。
[0096] 本实施例中根据该目标畦田2010年冬小麦春灌试验数据得出Kostiakov入渗经验 公式入渗参数、Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数、地表相对高程W及畦面糖率系 数，上述各数据的具体取值如表3所示。
[0097] 表 3 [00981
[0099] 对比例3
[0100] 本对比例采用现有的模拟方法对实施例3中的目标畦田的地面灌概地表水流运动 过程进行模拟。
[0101] 本对比例与实施例3的区别在于:将地表相对高程数据、畦面糖率系数数据W及地 表水入渗率数据代入经典全水动力学，采用有限体积法对经典全水动力学方程进行数值求 解。
[0102] 实施例4
[0103] 本实施例分别根据实施例1~3和对比例1~3得出的地表水深模拟值来确定地表 水流的推进时间和消退时间的模拟值，并计算地表水流的推进时间和消退时间的模拟值与 实测值之间的平均相对误差，通过比较实施例1~3和对比例1~3中模拟值与实测值之间的 平均相对误差来对本发明提供的模拟方法和现有的模拟方法的模拟精确度进行评价。
[0104] 地表水流的推进时间是指地表水深开始大于0的时间，地表水流消退时间是指地 表水深变为0的时间。
[0105] 地表水流推进时间的模拟值与实测值之间的平均相对误差的计算公式为：
[0106
[0107] 其中：f之V，,?租《dv/分别为地表水流推进到目标畦田第i测点的时间的实测值和模 拟值，单位为min; M为目标畦田内测点的个数。
[0108] 地表氷流消退时间的横拟値与连测信之间的平均相对误差的计算公式为：
[0109；
[0110]其中：祐，麻這。，,?分别为地表水流在目标畦田第i测点的消退时间的实测值和模拟 值，单位为min; M为目标畦田内测点的个数。
[0111] 实施例1~3和对比例1~3中地表水流的推进时间和消退时间的模拟值与实测值 之间的平均相对误差如表4所示。
[0112] 表4
[0113]
[0114] 参见表4数据，并结合图1~图6,可W看出采用本发明实施例提供的模拟方法得到 的地表水流推进时间和消退时间的模拟值和实测值之间的平均相对误差明显小于现有模 拟方法得到的地表水流推进时间和消退时间的模拟值和实测值之间的平均相对误差，特别 是随着目标畦田尺寸的增大，采用现有模拟方法得到平均相对误差逐渐增大，而采用本发 明实施例提供的模拟方法得到的平均相对误差没有明显变化。由此可见，本发明实施例提 供的模拟方法具有更高的精确度，而且适用于各种尺寸W及各类入流型式的目标畦田。
[011引实施例5
[0116] 本实施例对本发明提供的模拟方法和现有的模拟方法的质量守恒性进行评价。
[0117] 质量守恒性是指根据地表水深模拟值计算得到的地表存留水量的模拟值与入渗 至±壤中的水量的模拟值的总和应当与实际流入目标畦田的总水量相同。因此，地表存留 水量的模拟值与入渗至±壤中的水量的模拟值的总和与实际流入目标畦田的总水量之间 的误差(即水量平衡误差)能够反映模拟方法的精确度。
[0118] 水量平衡误差的计算公式为：
[0119:
[0120] 其中：Qin为实际流入目标畦田的总水量，单位为m3 ; Qsurface为地表存留水量的模拟 值，单位为m3 ; QsdiI为入渗至±壤中的水量的模拟值，单位为m3。
[0121 ] 实施例1~3和对比例1~3中的水量平衡误差如表5所示。
[0122] 表5
[0123]
…124」从表5数惦nj 者出，义用本发明买施例的候拟万法得剖的水量干衡巧羞明显小 于采用现有模拟方法得到的水量平衡误差，并且采用本发明实施例的模拟方法得到的水量 平衡误差约低于现有模拟方法得到的水量平衡误差3个数量级，运同样表明本发明实施例 提供的模拟方法具有更高的精确度。
[0125] 综上，本发明实施例提供的地面灌概地表水流运动过程模拟方法中，采用数学性 质为抛物型的改进全水动力学方程进行数值求解，从而对地面灌概地表水流运动过程进行 模拟。与现有模拟方法中采用数学性质为双曲型的经典全水动力学方程进行数值求解相 比，本发明实施例提供的模拟方法具有更高的精确度。同时，与经典全水动力学方程相比， 改进全水动力学方程更容易进行数值求解，能够提高地面灌概地表水流运动过程的模拟效 率。并且，本发明实施例提供的模拟方法适用范围更广，具有更高的应用价值。
[0126] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0127] W上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用W限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种地面灌溉地表水流运动过程模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括： 步骤a，获取目标畦田的地表相对高程数据，畦面糙率系数数据以及地表水入渗率数 据； 步骤b，将所述地表相对高程数据、所述畦面糙率系数数据以及所述地表水入渗率数据 代入改进全水动力学方程，对所述改进全水动力学方程进行数值求解得出所述目标畦田内 某一测点在某一时刻的地表水深的模拟值、灌溉水流沿X坐标方向的垂向积分平均流速的 模拟值以及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，所述改进全水动力学方程的表达 式为：其中：h为地表水深，单位为m; X和y分别为两个正交方向的空间坐标;u和v分别为灌溉 水流沿X坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位为m/s; g为重力加速度，单位为m/s2; ζ 为地表水位相对高程，单位为m，ζ =地表水深h+地表相对高程b; η为畦面糙率系数，单位为 s/m1/3; i。为地表水入渗率，单位为m/s; 步骤c，根据所述地表水深的模拟值、所述灌溉水流沿X坐标方向的垂向积分平均流速 的模拟值以及沿y坐标方向的垂向积分平均流速的模拟值，得出灌溉水流沿X坐标向的单宽 流量的模拟值以及沿y坐标向的单宽流量的模拟值。2. 根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤a中，所述获取目标畦田的地表水 入渗率数据具体包括： 获取Kostiakov入渗经验公式入渗参数、Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数，根 据Kostiakov入渗经验公式计算所述目标畦田的地表水入渗率数据； 所述Kostiakov入渗经验公式为:ic^akini^1;其中：i。为地表水入渗率，单位为m/s ;α为 所述Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数;kin为所述Kostiakov入渗经验公式入渗参 数，单位为cm/min a; τ为入渗受水时间，单位为s。3. 根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，采用双环入渗法确定所述Kostiakov 入渗经验公式入渗参数以及所述Kostiakov入渗经验公式无量纲入渗参数。4. 根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤a中，所述获取目标畦田的地表相 对高程数据具体包括:采用水准仪，间隔预设距离测量所述地表相对高程数据。5. 根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，所述预设距离为5m。6. 根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述获取目标畦田的畦面糙率系数数 据具体包括:对所述目标畦田的地表水深进行观测，获取所述目标畦田的地表水深的观测 数据，根据所述地表水深的观测数据估算所述畦面糙率系数。7. 根据权利要求1所述模拟方法，其特征在于，步骤b中，采用有限体积法对所述改进全 水动力学方程进行数值求解。8. 根据权利要求1~7任一项所述的模拟方法，其特征在于，步骤c中，利用以下公式计 算所述灌溉水流沿X坐标方向的单宽流量的模拟值以及沿y坐标方向的单宽流量的模拟值： qx = h · u,qy=h · v； 其中：qx和qy分别为灌溉水流沿x坐标向和y坐标向的单宽流量，单位为m3/(s · m) ;h为 地表水深，单位为分别为灌溉水流沿x坐标向和y坐标向的垂向积分平均流速，单位 为 m/s〇
【文档编号】G06F17/50GK105956327SQ201610349658
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】许迪, 章少辉, 白美健, 李益农, 李福祥
【申请人】中国水利水电科学研究院