CN106501148A - 一种湿地渗漏量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿地渗漏量的计算方法。本发明所提供的湿地渗漏量的计算方法，包括如下步骤：(1)获得不同基质的渗透系数：布置监测点，用湿地渗漏测量装置野外监测不同湿地类型中不同基质的单位时间单位面积的渗漏量，即得到不同基质的渗透系数；(2)确定湿地不同基质面积参数：通过运用ArcGIS软件将湿地边界与湿地土壤质地图进行叠加获得湿地不同基质面积参数；(3)计算湿地渗漏量：采用公式(1)计算湿地渗漏量。本发明的方法改进了传统依靠经验参数计算湿地渗漏量方法，通过野外监测修正经验参数，达到准确计算目的。

Description

一种湿地渗漏量的计算方法

技术领域

本发明涉及湿地研究技术领域，尤其涉及一种湿地渗漏量的计算方法。

背景技术

湿地是水资源的有效赋存形式和持续补给者，其物理、生物、化学组成部分交互作用，在蓄水、调节径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用。湿地是陆地上的天然蓄水和补水库，在输水、储水和供水方面发挥着巨大效益，在淡水循环中发挥着重大作用，能促进水资源的天然优化配置，有效地推动水资源的合理利用。湿地可增加大气中的含水量，而大气再以降雨的形式将空气中的水分降回地表，形成的水流可以从湿地移至地下土层，来补给地下水。湿地补给地下水主要通过湿地水体渗漏过程实现，其渗漏量由两部分组成：(1)垂直于基质产生的补给地下水的渗漏量，这部分直接补充地下水；(2)另一部分是侧方向渗漏，除了部分渗漏过程中改变方向而补给地下水以外，还有部分通过侧渗直接流出湿地，形成地下径流。当地下水充足时，湿地水流向上移动变为地表水，以此来排出地下水，调节河川径流，这样就对地表水及地下水的天然优化配置起到一个屏障作用，从而维持水的良性循环，促进水资源的可持续利用。

如何核算湿地渗漏，目前缺乏有效的方法，一般都是靠经验值获得，缺乏有效的实验验证。

发明内容

为了弥补以上领域的不足，本发明提供了一种基于修正渗透系数的湿地渗漏量计算方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供了一种湿地渗漏量的计算方法，包括如下步骤：

(1)获得不同基质的渗透系数：

布置监测点，用湿地渗漏测量装置野外监测不同湿地类型中不同基质的单位时间单位面积的平均渗漏量，即得到不同基质的渗透系数；

(2)确定湿地不同基质面积参数：

通过运用ArcGIS软件将湿地边界与湿地土壤质地图进行叠加获得湿地不同基质面积参数；

(3)计算湿地渗漏量：

采用公式(1)计算湿地渗漏量：

式中，W_b为湿地渗漏量，k为不同基质的渗透系数，I为水力坡度，A为每种湿地分布的第i个基质面积，n为基质块总数，T为计算时段长度。

所述步骤(1)中所述布置监测点的方法为：

湿地面积小于1公顷，取不少于3个采样点；或

湿地面积为1～3公顷，取不少于10个采样点；或

湿地面积大于3公顷，取不少于15个采样点。

所述步骤(1)中所述布置监测点的方法为：

根据湿地面积大小、采样点数、地势、地形、沉水植物覆盖率来确定，分对角线、棋盘式或蛇形布点方法，各布点方法及适用情况见下表：

所述步骤(1)中所述野外监测的持续时间不小于24小时；对于粘土不少于48小时。

所述的方法在计算湿地渗漏量中的应用也属于本发明的保护范围。

通过表1和表2的比较来看，利用本发明的方法监测得到的渗透系数，与经验值提供的不同岩性渗透系数的规律相同，说明利用本发明的方法来监测不用基质的渗透系数具有很好的可靠性、可操作性和可重复性。

本发明的方法改进了传统依靠经验参数计算湿地渗漏量方法，通过野外监测修正经验参数，达到准确计算目的。

附图说明

图1为湿地渗漏量计算方法路线；

图2不同监测法示意图；

图3为北京代表性湿地类型补给地下水量饼状图。

具体实施方式

实施例1、北京市湿地渗漏量计算方法

湿地渗漏量计算方法路线如图1所示。

一、获得修正渗透系数

通常湿地渗漏量计算方法所采用的渗透系数取自于经验值，见表1。由于不同区域不同类型湿地其基质不同，往往造成运用经验值计算的湿地渗漏量误差较大，为此利用渗漏仪(“一种简易湿地渗漏快速测量装置”，专利申请号201520169928.2)监测不同湿地类型(如：河流湿地、库塘湿地、沼泽湿地和灌溉地)中不同基质(粘土、亚粘土、亚砂土和粉砂)的单位时间单位面积的渗漏量，得到不同基质的渗透系数，即得到我们需要的修正渗透系数(表2)，可以有效解决误差较大问题。

表1北京湿地分布区不同岩性渗透系数经验值

(表1中经验值的出处：车振海.试论土壤渗透系数的经验公式和曲线图.东北水利水电.1995,9(135):17-19.)

表2经过渗漏仪野外监测修正后的北京湿地分布区不同岩性渗透系数(m/s)

对不同基质的渗漏系数监测流程，包括：

(1)首先进行监测点布置如下：

监测点布置规则：一般湿地面积小于1公顷，其利用渗漏仪监测湿地渗漏系数需要取不少于3个采样点；1～3公顷，不少于10个采样点；大于3公顷不少于15个采样点。监测点设计原则是分布均匀，不能过于集中，要避开湿地边缘地带、沉水植物覆盖率、混凝土结构或者铺装防渗膜等特殊部位。根据湿地面积大小、沉水植物覆盖率、地形地势、基底情况等因素来确定，分对角线、棋盘式和蛇形等三种方法，各布点法适用情况和布点示意图(表3和图2)。

表3不同监测法要求

(2)监测渗透系数：

然后利用渗漏仪(实用新型专利“一种简易湿地渗漏快速测量装置”，专利申请号201520169928.2)连续监测不同湿地类型(河流湿地、库塘湿地、沼泽湿地和灌溉地)中不同基质(粘土、亚粘土、亚砂土和粉砂)的单位时间单位面积的渗漏量，其持续时间一般不小于24小时，对于粘土不少于48小时。每个监测点需要持续获得三个数据方可停止监测，然后计算其三个数据的平均值得到渗透系数(见表2)。

二、确定湿地不同基质面积

湿地不同基质面积通过运用ArcGIS for Desktop 10.3软件(Esri中国信息技术有限公司，ArcGIS for Desktop 10.3)将湿地边界与湿地土壤质地图进行叠加获得湿地不同基质面积参数。

以北京地区为例，按照上述方法获得的北京地区湿地不同基质面积如下：其结果见表4。

表4北京地区不同类型湿地不同基质面积

三、计算不同基质湿地渗漏量：

获得修正的渗透系数后，湿地渗漏量采用公式(1)进行估算。湿地渗漏量估算公式如下：

式中，W_b为湿地渗漏量(立方米)，k为修正渗透系数，I为水力坡度(我们在计算湿地渗漏量时假定湿地水面底部是平坦的，此时I可以取恒值1)，A为每种湿地分布的第i个基质面积(平方米)，n为基质块总数，T为计算时段长度(T指一年中有液态水的天数，单位为天)。

以北京地区为例：

北京地区不同基质湿地渗漏量采用公式(1)进行估算。湿地渗漏量估算公式如下：

式中，W_b为北京地区不同基质湿地渗漏量(立方米)，k为修正渗透系数(见表2)，I为水力坡度(I取恒值1)，A为北京市分布的每种湿地分布的第i个基质面积(平方米)(见表4)，n为基质块总数(n值为4，表示北京市湿地共有4种基质类型)，T为计算时段长度(260天)。

不同湿地类型渗漏量计算结果见表6和图3。

经过修正后核算，北京市湿地渗漏总量约为5.035亿m³。核算结果表明，库塘湿地补给地下水量最大，约为3.41亿m³，沼泽湿地次之1.92亿m³，而河流湿地补给地下水量最小，仅为0.06亿m³。而采用经验值计算得出每年渗漏13.80亿m³，显然与事实不符，因此采用修正系数法计算更符合实际，更科学准确。

表5基于经验值的湿地渗漏量计算结果

表6湿地渗漏量计算结果比较

Claims (5)

1.一种湿地渗漏量的计算方法，包括如下步骤：

(1)获得不同基质的渗透系数：

布置监测点，用湿地渗漏测量装置野外监测不同湿地类型中不同基质的单位时间单位面积的平均渗漏量，即得到不同基质的渗透系数；

(2)确定湿地不同基质面积参数：

通过运用ArcGIS软件将湿地边界与湿地土壤质地图进行叠加获得湿地不同基质面积参数；

(3)计算湿地渗漏量：

采用公式(1)计算湿地渗漏量：

$W_b=k\×I\×T\×\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i---\left(1\right)$

式中，W_b为湿地渗漏量，k为不同基质的渗透系数，I为水力坡度，A为每种湿地分布的第i个基质面积，n为基质块总数，T为计算时段长度。

2.根据权利要求1所述的湿地渗漏量的计算方法，其特征在于：

所述步骤(1)中所述布置监测点的方法为：

湿地面积小于1公顷，取不少于3个采样点；或

湿地面积为1～3公顷，取不少于10个采样点；或

湿地面积大于3公顷，取不少于15个采样点。

3.根据权利要求2所述的湿地渗漏量的计算方法，其特征在于：

所述步骤(1)中所述布置监测点的方法为：

根据湿地面积大小、采样点数、地势、地形、沉水植物覆盖率来确定，分对角线、棋盘式或蛇形布点方法，各布点方法及适用情况见下表：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步骤(1)中所述野外监测的持续时间不小于24小时；对于粘土不少于48小时。

5.权利要求1-4中任一所述的方法在计算湿地渗漏量中的应用。