(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211188076.2 (22)申请日 2022.09.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115292966 A (43)申请公布日 2022.11.04 (73)专利权人 长江信达软件技 术 （武汉） 有限责 任公司 地址 430010 湖北省武汉市江岸区解 放大 道1863号 (72)发明人 陈石磊　王磊　刘伟　刘康　 张恒飞　杨云龙　陈瑞　杨刚　 欧阳磊　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 陈家安(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 113/08(2020.01) (56)对比文件 CN 109975522 A,2019.07.0 5 审查员 伍小晴 (54)发明名称 一种地下 水深埋区农业水生产力模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种地下水深埋区农业水生 产力模拟方法。 它包括如下步骤， 步骤一： 在区域 内选取田间试验区并于试验区内布设典型监测 点， 采集各测点的土壤颗分与容重数据、 作物物 候发育数据、 墒情监测数据与灌 溉数据； 步骤二： 形成农业水生产力模型； 步骤三： 确定田间尺度 农业水生产力模 型的作物参数值与土壤参数值； 步骤四： 采集气象、 灌区、 土壤类型、 种植结构的 空间分布数据， 基于空间叠加分析功能划分农业 水文响应单元； 步骤五： 拟定区域尺度各农业水 文响应单元的模 型参数值， 分布式模拟各响应单 元的农业水生产力。 本发明具有以少量参数、 简 单结构动态模拟作物生长 ‑水分运移的互馈效 应， 改善地下水深埋区农业水生产力模拟效果的 优点。 权利要求书6页 说明书24页 附图5页 CN 115292966 B 2022.12.30 CN 115292966 B 1.一种地下 水深埋区农业水生产力模拟方法， 其特 征在于： 包括如下步骤， 步骤一： 选取田间试验区、 布设典型监测点以及采集各测点的数据； 在区域内选取田间试验区并于试验区内布设典型监测点， 采集各测点的土壤颗分与容 重数据、 作物 物候发育数据、 墒情监测数据与灌溉数据； 步骤二： 建立适用于地下水深埋区的概念性土壤水文模型， 并耦合EPIC作物生长模型， 形成农业水生产力模型； 在步骤二中， 建立适用于地下水深埋区的概念性土壤水文模型， 并耦合EPIC作物生长 模型， 形成农业水生产力模型， 具体包括如下步骤： S21： 建立适用于地下水深埋区的概念性土壤水文模型， 模型通过引入基质吸力作用下 的土壤水 再分布模块 来考虑土壤含水率低于田间持水量时的土壤水分运移； S22： 构建参数少、 精度高的多作物通用型作物生长模型EPIC， 其以积温为基础来模拟 作物物候发育过程； S23： 将作物叶面积指数、 根系深度和土壤墒情作物交互接口， 将概念性水文模型与 EPIC作物 生长模型耦合， 形成地下水深埋区农业水生产力模型； 在地下水深埋区， 作物用水 量包括实际蒸散发量和深层渗漏量， 农业水生产力AWP表达为： 式中， ETa为实际蒸散发量， m； Dp为深层渗漏损失量， m； Y为作物产量， kg/m2； 步骤三： 利用田间试验数据进行模型率定与验证， 确定田间尺度农业水生产力模型的 作物参数值与土壤参数值； 步骤四： 采集气象、 灌区、 土壤类型、 种植结构的空间分布数据， 基于Arcgis的空间叠加 分析功能将区域划分为若干个农业水文响应单 元； 步骤五： 拟定区域尺度各农业水文响应单元的模型参数值， 分布式模拟各响应单元的 农业水生产力。 2.根据权利要求1所述的地下水深埋 区农业水生产力模拟方法， 其特征在于： 在步骤一 中， 选取田间试验区、 布设典型监测点以及采集各测点的数据， 具体包括如下步骤： S11： 在区域内选取田间试验区， 并在试验区布设多个典型监测点， 监测点具有区域代 表性， 覆盖区域范围主 要的土壤 类型、 作物类型与灌溉制度； S12： 采集各监测点不同深度土层的土壤样本， 基于烘干法测得土样容重数据， 利用颗 粒分析仪获取土样颗分数据； S13： 监测并记录各监测点每次灌溉的日期与灌溉水量数据； S14： 定期监测并记录作物生长指标与土壤墒情数据， 其中叶面积指数通过冠层 分析仪 直接测量， 地上部 干物质量 根据75℃恒温烘干法测量。 3.根据权利要求2所述的地下水深埋区农业水生产力模拟方法， 其特征在于： 在步骤 S21中， 适用于地下 水深埋区的概念性土壤水文模型描述如下： 适用于地下水深埋区的概念性土壤水文模型对入渗、 蒸散发和土壤水再分布这些水文 过程进行刻画； 首先， 一旦有降雨 或灌溉， 该部分水将以 “Tipping bucket”的方式自上而下权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115292966 B 2分配给各土层； 此后， 跳入蒸散发模块， 在水分状况和其他环境因素的作用下分别计算土壤 蒸发量与植被蒸腾量； 之后， 对土壤水再分布进行计算， 得到各土层的入渗量、 重力作用下 的水流通量和基质吸力作用下的水流通量； 最 终， 根据水量平衡原理， 更新得到时段末的土 壤含水率； 至此， 当前时段模拟完毕， 并以当前时段末的含水率作为下一时段初的含水率， 进入到下一时间步长的模拟计算， 依次循环， 实现整个 研究期的土壤水文模拟； 适用于地下 水深埋区的概念性土壤水文模型的水量平衡方程表达为： θ1,tL1,t＝θ1,t‑ΔtL1,t+Pt+It‑q(i)1,t‑q(g)1,t‑E1,t‑T1,t+q(m)1,t(2) 式中， Δt为时间步长， 天； i为土壤的层序数； N为最下层土壤层序； θ为土壤体积含水 率， cm3/cm3； θ1,t为第1层在t时段的土壤体积含水率， cm3/cm3； L1,t为第1层的土壤厚度， mm； Pt 为t时段的降雨量， mm/d； It为t时段的灌溉量， mm/d； E1,t为第1层在t时段的土壤蒸发量， mm/ d； T1,t为第1层在t时段的作物蒸腾量， mm/d； q(m)1,t为t时段在基质吸力作用下由第2层流入 第1层的水流通量， mm/d； L为土层厚度， mm； P 为降雨量， mm； I为灌溉量， mm； Ei为第i层的土壤 蒸发量， mm； Ti为第i层的作物蒸腾量， mm； q(i)i为土壤入渗阶段通过第i层底部的向下水流 通量， mm； q(g)i为重力作用下通过第i层底部的向下水流通量， mm； q(g)N为土壤深层渗漏量， mm； q(m)i为基质吸力作用下 由第i+1层流入第i层的水流通量， mm； 由于根系层外的包气带 被视为过渡带， 故q(m)N为0。 4.根据权利要求3所述的地下水深埋 区农业水生产力模拟方法， 其特征在于： 适用于地 下水深埋区的概念性土壤水文模型对 入渗进行刻画， 具体方法为： 入渗过程采用 “Tipping bucket”模型模拟， 即将土壤视为一个倒置的容器， 把降雨或 灌溉水自上而 下分配给各土层； 具体为： 一旦有降雨或灌溉， 这部 分水首先被分配到最上层 土壤， 如果该层土壤达到饱和含 水率， 超过饱和部 分水分将进入到下一层， 直至各层土壤均 达到饱和含水率或所有水分被分配完毕； 适用于地下 水深埋区的概念性土壤水文模型对蒸散发进行刻画， 具体方法为： 作物潜在蒸散发ETp由气象因素和作物生长状况共同决定， 由下式计算： ETp＝Kc×ET0                  (4) 式中， ET0为参考作物潜在蒸散发， mm； 基于FAO ‑56推荐的彭 ‑曼公式由气象数据算得； Kc 为作物系数， 由下式计算： 式中， LAI为叶面积指数； LAImax和Kc max分别为作物生育期内的最大叶面积指数和最大 作物系数； 潜在蒸散发量ETp由土壤潜在蒸发量Ep和作物潜在腾发量Tp两部分组成； Ep和Tp之间的 比率与叶冠的生长程度有关， Ep、 Tp表示为： EP＝ETPexp[‑(Kb)(LAI)]               (6) Tp＝ETp‑Ep          (7)权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115292966 B 3