《基於隨機方法的飽和-非飽和帶水流時間尺度性研究》是依託南京大學，由梁修雨擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於隨機方法的飽和-非飽和帶水流時間尺度性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：梁修雨
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
降水入滲和地下水補給是飽和-非飽和帶的主要水循環過程。由於受多種因素影響而難以直接測量，對降水入滲和地下水補給過程的時間尺度性認識還較為有限。土壤含水率和地下水位容易直接測量。它們的波動是飽和-非飽和帶水流系統對這兩個過程的動態回響並隱含降水入滲和地下水補給的重要信息。因此，研究土壤含水率和地下水位的時間變異性有助於理解以上兩個複雜的過程。本項目採用非平穩譜方法求解飽和-非飽和水流隨機微分方程，研究土壤含水率和地下水位與降水入滲和地下水補給之間的時間尺度性關係；利用隨機配點法求解飽和-非飽和水流時空隨機微分方程，分析非均質對水流時間尺度性的影響；並選定典型流域進行地表-地下水耦合模擬,驗證隨機分析的結論。擬通過理論分析與典型流域水文模擬，揭示飽和-非飽和帶水流的時間尺度性及其物理意義，為深刻理解飽和-非飽帶水循環規律提供理論支撐。
結題摘要
降水入滲和地下水補給是飽和-非飽和帶的主要水循環過程，由於受多種因素影響而難以直接測量，對降水入滲和地下水補給過程的時間尺度性認識還較為有限。土壤含水率和地下水位容易直接測量，它們的波動是飽和-非飽和帶水流系統對這兩個過程的動態回響並隱含降水入滲和地下水補給的重要信息。因此，研究土壤含水率和地下水位的時間變異性有助於理解以上兩個複雜的過程。本研究利用非平穩譜方法和隨機數值矩方法求解了飽和-非飽和帶水流時空隨機偏微分方程，分析了各水文變數間統計矩及功率譜的關係，選取了一個典型流域，建立了地表-地下水耦合數值模型，模擬了地表水流、非飽和帶水流和地下水流的全耦合過程。研究結果發現，降水入滲是非飽和-飽和水流分形波動的主要來源，在分形降水入滲條件下地下水位呈現分形波動，在分數布朗降水入滲條件下土壤含水率呈現分形波動；非均質性減弱水流波動的短期相關性，影響水流分形的性質，但不產生分形的水流波動；地下含水系統是一個低通分形的濾波器，降雨、入滲和河流徑流為單分形過程，蒸散發、地下水補給和基流為雙分形過程，地下水含水層把單分形的地表徑流過程過濾為多（雙）分形地下水流過程。本研究的創新點是系統地研究了水流在非飽和-飽和帶中的波動特徵，揭示了地下水流分形波動的成因及影響因素，本研究的結果為深刻理解飽和-非飽帶水循環規律提供理論基礎。
