(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111491819.9 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 中国水利水电科 学研究院 地址 100048 北京市海淀区车公庄西路20 号 (72)发明人 曹国亮　侯保灯　李佳蕾　刘军　 王嗣晨　肖伟华　佟浩旭　王露露　 刘洪财　 (74)专利代理 机构 北京正华智诚专利代理事务 所(普通合伙) 11870 代理人 代维凡 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于气候的土 壤水均衡模拟计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于气候的土壤水均衡 模拟计算方法， 包括： S1、 构建关于气候的实际蒸 散发互补关系模 型， 并确定不同气候模式下的实 际蒸散发； S2、 基于实际蒸散发， 计算待研究区域 的作物需水量； S3、 基于待研究区域的水循环规 律和作物需水量， 构建土壤水均衡模型， 进而确 定土壤水均衡变化量。 本发明充分考虑了气候对 土壤水的影 响， 构建了关于气候的实际蒸散发互 补关系模型， 并基于该模型得到实际蒸散发， 确 定了研究区域的实际需水量， 同时结合其他影 响 参数构建了土壤水均衡模型， 进而实现了土壤水 均衡的模拟计算， 实现了对多层土壤含水量的实 时监控， 从而有利于加强区域水资源管理， 合理 利用降水资源和土 壤水资源， 缓解水资源匮乏。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 114154342 A 2022.03.08 CN 114154342 A 1.一种基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特 征在于， 包括： S1、 构建关于气候的实际蒸散发互补关系模型， 并确定不同气候模式下的实际蒸散发； S2、 基于实际蒸散发， 计算待研究区域的作物需水量； S3、 基于待研究区域的水循环规律和作物需水量， 构建土壤水均衡模型， 进而确定土壤 水均衡变化量。 2.根据权利要求1所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述步骤 S1中的气候模式包括SSP1 ‑2.6、 SSP2 ‑4.5、 SSP5 ‑8.5、 SSP1 ‑1.9、 SSP4 ‑4.3、 SSP5 ‑3.4OS以及 SSP3‑7.0。 3.根据权利要求1所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述步骤 S1中的实际蒸散发互补关系模型为： 其中， 气候对Ea变化的贡献率 为： Pcc＝ΔEa,cc/(|ΔEa,lc|+|ΔEa,cc|) 式中， Ea为实际蒸散发量， Ew为湿润环境蒸散发量， Ep为潜在蒸散发量， Δ(Te)为睡眠温 度下的饱和水汽压斜率， Te为水面温度， γ为干湿表 常数， Ta为下垫面温度， ea为水面温度Te 下的实际水汽压， e*为饱和水汽压， ΔEa,cc为气候模式下Ea的变化幅度， ΔEa,lc为下垫面变 化对Ea的影响值， Δ为饱和水汽压曲线斜 率。 4.根据权利要求3所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述潜在 蒸散发量的计算公式为： 所述湿润环境蒸散发量的计算公式为： 式中， Rn为净辐射， G为土壤热通量， T为土壤平均温度值， U2为平均风速， r平均温度系数 值， λ为汽化潜热。 5.根据权利要求1所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述步骤 S2中作物需水量是指生长在土壤水分条件优良、 无病虫害疫情的大面积农田的特定作为生 长所需的水分之和； 所述作物需水量的影响因素包括 参考作物蒸散发和作物系数。 6.根据权利要求5所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述作物 需水量的计算公式为： ETc＝f(v)Kc×ETo 式中， f(v)为作物系数影响函数， Kc为作物系数， ETo为参考作物蒸散发；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114154342 A 2其中， A和B为作物生长的初始阶段f1和中期阶段f3对应的作物系 数影响因子， t为 时间， v为生长速率， b和c分别为作物生长过程中生长阶段f2和衰萎阶段f4 作物系数的影响常数； ETo＝(1‑β )Ea， β 为作物需水量控制因子 。 7.根据权利要求5所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述步骤 S3中， 土壤水均衡模型的影响因素包括作 物需水量、 作物直接利用地下水量、 降雨入渗补给 量、 田间入渗补给量、 渠系入渗补给量、 潜水蒸发量和表水蒸发量。 8.根据权利要求7所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述作物 直接利用地下 水量Gi(Z)为： 式中， Gi(Z)为第i种作物在整个生育期内水埋深为Z时直接利用的地下水量， Zi,t为第i 种作物在生育期内第t月份的地下水埋深， t 为第i种作物生育期的初始月份， m为第i种作物 生育期的期末月份， k 为指数， an,t为系数； 所述降雨入渗补给量 Wp为： Wp＝F·P 式中， F为计算单 元面积， P为降雨 量； 所述田间入渗补给量 Wa为： Wa＝α·I 式中， α 为田间入渗补给量， I 为进入田间的灌溉水量； 所述渠系入渗补给量 Wc为： Wc＝ δ·Sc 式中， δ 为渠系渗漏补给系数， Sc为渠系输水损失； 所述潜水蒸发量Eg为： Eg＝C(Z)·F·E0 式中， C(Z)为潜水蒸发量， E0为水面蒸发深度； 所述表水蒸发量Ea为： Ea＝θ·E0·Sa 式中， 为表水蒸发系数， Sa为田间地表积水面积。 9.根据权利要求8所述的基于气候的土壤水均衡模拟计算方法， 其特征在于， 所述步骤 S3中的土壤水均衡 变化量包括补给量和开采量； 其中， 所述补给量 Wh的表达式为： 所述开采量Wy的表达式为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114154342 A 3