[发明专利]一种农田净灌溉用水模型及灌溉用水量估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及生态水文学科学领域，尤其涉及一种农田净灌溉用水模型及灌溉用水量估算方法。

背景技术

农业用水特别是灌溉用水增加，导致的地下水位下降和地表水急剧减少的问题凸显。估算农田灌溉用水时空格局对于水资源管理和粮食安全十分重要。

净灌溉用水是指在一定时间内，为满足作物正常生长，除降水补给外需要的灌溉水量。当土壤含水量不能满足作物正常生长的需要，需要进行灌溉补给。按照水量平衡原理，观测期内植被降水截留量、有效作物蒸散发、径流量和观测始末土壤水分差值之和为观测期内降水总量和灌溉总量之和，进一步可得到观测期内需要净灌溉用水量。

下垫面是指地球表面，包括海洋、陆地、陆地上的高原、山地、平原、森林、草原以及城市等。下垫面各部分温度、水分以及表面形状等参数均有较大差异，从而导致下垫面具有非均一性。

现有的净灌溉用水量估算方法中，大多根据区域类型估算农田蒸散发量，并结合降水、径流、土壤含水量等实地观测与统计资料得到，或者直接根据观测期内一定面积农田统计的灌溉用水量得到，简单、实用。

通常情况下，区域观测尺度较小时，认为气象参数、下垫面均一、农田管理方式等相差不明显。但是对于大的区域或流域，上述方法由于未充分考虑地表的非均一性而造成不能准确地估算特定区域空间分布状况，具有较大的局限性。

综合上述，提出一种既考虑了下垫面的非均一性且精确度又高的大尺度像元尺度的农田净灌溉用水量估算方法是急需解决的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种考虑了下垫面的非均一性且精确度又高的大尺度像元尺度的农田净灌溉用水模型，以及利用该模型实现的农田净灌溉用水量估算方法。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种农田净灌溉用水模型，其包括中央数据处理器，处理各部分数据；植被截留模块，计算植被截留量；径流模块，计算径流量；蒸散发模块，计算蒸散发量；土壤含水量模块，模拟土壤含水量及灌溉量。

其中，中央数据处理器分别与植被截留模块、径流模块、蒸散发模块和土壤含水量模块有数据传输。

进一步的，植被截留模块采用半经验半理论模型进行计算。

进一步的，蒸散发模块包括实际蒸散发模块和潜在蒸散发模块。

进一步的，土壤含水量模块包括根系吸水模块、层间土壤水分增量模块和根系层补给量模块。

本发明还提供了一种利用农田净灌溉用水模型实现估算农田灌溉用水量的方法，其包括以下步骤：

S1：获取下垫面参数和气象参数；

S2：分别向植被截留模块、蒸散发模块、径流模块和土壤含水量模块中输入下垫面参数和气象参数；

S3：将计算出的植被截留量、蒸散发量和径流量传输给中央数据处理器；

S4：中央数据处理器根据各模块传输来的数据控制土壤含水量模块进行土壤含水量模拟，

S5：根据模拟结果计算出农田灌溉用水量。

其中，步骤S1中的下垫面参数包括植被类型、植被盖度、叶面积指数、田间持水量W_f、萎蔫系数W_m、各层土壤含水量和表层土壤厚度，气象参数包括降水量、气温、长波辐射、短波辐射、地表反照率和大气压。

其中，步骤S4在计算时需向中央数据处理器输入降水量。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：充分考虑大尺度的地表不均一性,将空间离散化为像元，在像元尺度上反演农田净灌溉用水模型中各子模块所需的部分参数，耦合生态水文过程模型，进行降水植被截留、土壤含水量、径流和蒸散发全过程模拟，实现了对农田土壤含水量的实时监控，并能及时了解农田是否需要灌溉，或灌溉所需用水量，避免农田得不到及时灌溉或者灌溉量过大的情况，从而造成农业生产损失和水资源浪费。

附图说明

图1为本发明模型结构示意图。

图2为本发明净灌溉用水量推导过程图。

图3为本发明植被截留量退出过程图。

图4为本发明径流量推导过程图。

图5为本发明蒸散发量推导过程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种农田净灌溉用水模型，其包括中央数据处理器、植被截留模块、径流模块、蒸散发模块和土壤含水量模块。