土壤蒸发锋面位置的预测方法、装置、设备、介质及产品与流程

本发明涉及环境，具体涉及土壤蒸发锋面位置的预测方法、装置、设备、介质及产品。

背景技术：

1、土壤水分蒸发是控制土壤水分与能量变化最主要的因素，其不仅控制着土壤中液态水与水汽的转化，同时也控制着土壤中热流的运动。土壤中水分的分布也决定了土壤中水分的蒸发模式，控制着土壤中蒸发区域的变化。为更好的了解土壤中液态水和水汽的强弱变化，土壤学家提出了蒸发锋面的概念。蒸发锋面是表征土壤液态水和水汽强弱的一个界面。针对蒸发锋面给出了如下定义：使土壤中相对蒸发强度数值最大的含水率对应的位置处即是蒸发锋面的位置。

2、目前，对蒸发锋面位置的确定多采用含水率确定法，即对不同种土中使蒸发强度达到最大值的含水率进行统计，然后查表获取蒸发平面的位置。而这种经验法适用范围有限，土地种类具有局限性，从而导致使用此方法获取的蒸发锋面的位置与实际位置有较大的出入。因此，目前尚缺乏一种从原理出发并准确度高的预测土壤中蒸发锋面位置的方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种土壤蒸发锋面位置的预测方法、装置、设备、介质及产品，以解决现有技术中采用经验法获取土壤含水率导致蒸发锋面位置预测不准确的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种土壤蒸发锋面位置的预测方法，该方法包括：

3、获取预设时间内待预测土体外的大气信息和对应土体的土壤物理信息；

4、构建土壤水分蒸发模型，并根据大气信息和土壤物理信息确定土壤水分蒸发模型的初始条件和边界条件；

5、根据初始条件和边界条件对土壤水分蒸发模型进行求解，得到预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值；

6、根据预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值确定预设时间内蒸发锋面土壤含水率；

7、根据预设时间内蒸发锋面土壤含水率对土壤蒸发锋面位置进行预测。

8、本发明提供的土壤蒸发锋面位置的预测方法，通过获取预设时间内待预测土体外的大气信息和对应土地的土壤物理信息；构建土壤水分蒸发模型，并根据大气信息和土壤物理信息确定土壤水分蒸发模型的初始条件和边界条件；根据初始条件和边界条件对土壤水分蒸发模型进行求解，得到预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值；根据预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值确定预设时间内蒸发锋面土壤含水率；根据预设时间内蒸发锋面土壤含水率对土壤蒸发锋面位置进行预测，可准确的获取不同时刻不同位置的蒸发锋面土壤含水率，进而能够准确地对土壤蒸发锋面位置进行预测，提高了蒸发锋面位置的预测准确度，解决了现有技术中采用经验法获取土壤含水率导致蒸发锋面位置预测不准确的问题。

9、在一种可选的实施方式中， 构建土壤水分蒸发模型包括：

10、根据质量守恒定律确定土壤水分运动控制方程；

11、根据能量守恒定律确定土壤热量运动控制方程；

12、基于土壤水分运动控制方程和土壤热量运动控制方程构建土壤水分蒸发模型。

13、本发明提供的土壤蒸发锋面位置的预测方法，根据质量守恒定律确定土壤水分运动控制方程；根据能量守恒定律确定土壤热量运动控制方程，实现了基于土壤水分运动控制方程和土壤热量运动控制方程构建土壤水分蒸发模型的目的，为后续求解土壤含水率和土壤水分传导系数值提供了条件。

14、在一种可选的实施方式中，大气信息包括空气温度、空气相对湿度和水汽饱和度，土壤物理信息包括土壤含水率和土壤温度；边界条件包括地下水上边界条件、地下水下边界条件、热量上边界条件和热量下边界条件；

15、将土壤水分运动控制方程和土壤热量运动控制方程中的土壤温度和土壤含水率在计算开始时的初始值作为初始条件；

16、根据大气信息和土壤物理信息确定土壤水分蒸发模型的边界条件包括：

17、根据空气相对湿度和水汽饱和度计算的土表蒸发率作为大气蒸发边界条件，将大气蒸发边界条件确定为地下水上边界条件；

18、根据土壤含水率将实测含水率或水分通量确定为地下水下边界条件；

19、根据空气温度和土壤温度将实测温度或热通量确定为热量上边界条件和/或热量下边界条件。

20、本发明提供的土壤蒸发锋面位置的预测方法，将土壤水分运动控制方程和土壤热量运动控制方程中的土壤温度和土壤含水率在计算开始时的初始值作为初始条件；根据大气信息和土壤物理信息确定土壤水分蒸发模型的边界条件包括：根据空气相对湿度和水汽饱和度计算的土表蒸发率作为大气蒸发边界条件，将大气蒸发边界条件确定为地下水上边界条件；根据土壤含水率将实测含水率或水分通量确定为地下水下边界条件；根据空气温度和土壤温度将实测温度或热通量确定为热量上边界条件和/或热量下边界条件，为土壤水分蒸发模型的求解提供了前提条件，提高了土壤水分蒸发模型的求解的准确率。

21、在一种可选的实施方式中，根据初始条件和边界条件对土壤水分蒸发模型进行求解，得到预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值包括：

22、根据初始条件和边界条件对土壤水分蒸发模型的土壤水分运动控制方程和土壤热量运动控制方程进行求解，得到预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布、土壤液态水传导系数值和土壤水汽传导系数值。

23、本发明提供的土壤蒸发锋面位置的预测方法，根据初始条件和边界条件对土壤水分蒸发模型的土壤水分运动控制方程和土壤热量运动控制方程进行求解，实现了得到预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布、土壤液态水传导系数值和土壤水汽传导系数值的目的，土壤含水率分布、土壤液态水传导系数值和土壤水汽传导系数值的确定不依赖于经验法，而是通过精确的土壤水分蒸发模型求解得到，避免了现有技术中采用经验法确定土壤含水率分布不准确的情况出现。

24、在一种可选的实施方式中，根据所述预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值确定预设时间内蒸发锋面土壤含水率包括：

25、确定预设时间内土壤液态水传导系数值与土壤水汽传导系数值相等时对应的土壤含水率，即为蒸发锋面土壤含水率。

26、本发明提供的土壤蒸发锋面位置的预测方法，通过确定预设时间内土壤液态水传导系数值与土壤水汽传导系数值相等时对应的土壤含水率，得到了预设时间内蒸发锋面土壤含水率，提高了预设时间内蒸发锋面土壤含水率的准确率，为后续对土壤蒸发锋面的预测提供了条件。

27、在一种可选的实施方式中，根据预设时间内蒸发锋面土壤含水率对土壤蒸发锋面进行预测包括：

28、基于土壤水分蒸发模型计算结果获取预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布，并在土壤含水率分布中找到不同时刻蒸发锋面土壤含水率的位置变化，不同时刻蒸发锋面土壤含水率的位置变化即为蒸发锋面位置变化；

29、根据蒸发锋面位置变化图对土壤蒸发锋面位置进行预测。

30、本发明提供的土壤蒸发锋面位置的预测方法，基于土壤水分蒸发模型计算结果获取预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布，在预设时间内土体的土壤含水率分布中找到不同时刻蒸发锋面土壤含水率的位置变化，不同时刻蒸发锋面土壤含水率的位置变化即为蒸发锋面位置变化；根据蒸发锋面位置变化能够准确地对土壤蒸发锋面位置进行预测，提高了蒸发锋面位置的预测准确度，解决了现有技术中采用经验法获取土壤含水率导致蒸发锋面位置预测不准确的问题。

31、第二方面，本发明提供了一种土壤蒸发锋面位置的预测装置，该装置包括：

32、信息获取模块，用于获取预设时间内待预测土体外的大气信息和对应土体的土壤物理信息；

33、模型构建模块，用于构建土壤水分蒸发模型，并根据大气信息和土壤物理信息确定土壤水分蒸发模型的边界条件；

34、模型求解模块，用于根据边界条件对土壤水分蒸发模型进行求解，得到预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布和土壤水分传导系数值；

35、土壤含水率确定模块，用于根据预设时间内土体不同位置的土壤含水率分布以和土壤水分传导系数值确定预设时间内蒸发锋面土壤含水率；

36、土壤蒸发锋面预测模块，用于根据预设时间内蒸发锋面土壤含水率对土壤蒸发锋面进行预测。

37、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的土壤蒸发锋面位置的预测方法。

38、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的土壤蒸发锋面位置的预测方法。

39、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的土壤蒸发锋面位置的预测方法。