[发明专利]一种亚热带地区水土流失耦合模型构建方法

摘要

本发明公开了一种亚热带地区水土流失耦合模型构建方法，包括以下步骤，水土保持研究中的侵蚀问题受坡面水流流态、水流流速、平均水深、阻力大小和坡度等影响，对于研究对象的亚热带地区的水土流失项目，需要对每一项指标进行单独研究，找出土壤侵蚀的规律性，加强对水土流失治理的反映，坡面汇流沿程变化且不稳定，属三维运动，但是坡面水流具有范围广、水深浅等典型的浅水波特征。本发明通过将二维浅水波方程、非平衡的二维输沙方程和地面标高变化方程有机耦合，建立数值模拟模型，通过亚热带地区的水土保持试验中应用，验证数值模型，通过实践结果得出土壤侵蚀规律，能够准确的模拟出坡面流水深的变化规律和空间分布特征。

主权项

1.一种亚热带地区水土流失耦合模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：水土保持研究中的侵蚀问题受坡面水流流态、水流流速、平均水深、阻力大小和坡度等影响，对于研究对象的亚热带地区的水土流失项目，需要对每一项指标进行单独研究，找出土壤侵蚀的规律性，加强对水土流失治理的反映；S2：坡面汇流沿程变化且不稳定，属三维运动，但是坡面水流具有范围广、水深浅等典型的浅水波特征，可用二维浅水波方程进行描述，综合上研究区域的高程变化、土地利用情况；S3：利用二维浅水波方程研究复杂的地形地貌、坡面流的流态、水深、流速、下垫面与阻力大小以及降雨大小与强度的时空分布特征，再讲不平衡输沙方程，地面变形方程与浅水波方程有机结合可以模拟出坡面水流及冲淤变化情况；S4：假定xy为水平面，z为铅方向，忽略水平面上的黏性，铅垂方向受到重力和压力的作用显著，通过此时的二维浅水波方程：∂h/∂t+∂M/∂x+∂N/∂y=0（1）∂M/∂t+∂（u，M）/∂x+∂（v，M）/∂y= ‑g*h∂η/∂x‑1/ρ*τhx（2）∂N/∂t+∂（u，N）/∂x+∂（v，N）/∂y= ‑g*h∂η/∂y‑1/ρ*τhy（3）得出x方向和y方向的流量通量；S5：因悬沙速度浓度不等于坡面流的挟沙能力，所以用平面非平衡泥沙浓度方程作为悬沙运动方程，即：∂（hS）/∂t+∂（hmS）/∂x+∂（hvS）/∂y=∑s[∂2（hs）/∂x2+∂2（hs）/∂y2]+αω（SM‑S）水流挟沙能力为：SM=KC（（√u2+v2）3/hω）考虑到手气地面变化影响后的水流挟沙能力公式可表示为：Γ，∂Z/∂t=αω（S‑SM）在每一段时间步长Δt内由于泥沙运动而引起的地面变化量ΔZ就可以根据下式进行计算，即：ΔZ=1/Γ，αω（S‑SM）Δt；S6：通过悬沙运动方程结合亚热带地区的水土流失的边界条件及初始条件，得出模拟的结果，通过模拟结果对应出水土流失的耦合模型。