基于随机方法的饱和-非饱和带水流时间尺度性研究

项目名称： 基于随机方法的饱和-非饱和带水流时间尺度性研究

项目编号： No.41302180

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 天文学、地球科学

项目作者： 梁修雨

作者单位： 南京大学

项目金额： 26万元

中文摘要： 降水入渗和地下水补给是饱和-非饱和带的主要水循环过程。由于受多种因素影响而难以直接测量，对降水入渗和地下水补给过程的时间尺度性认识还较为有限。土壤含水率和地下水位容易直接测量。它们的波动是饱和-非饱和带水流系统对这两个过程的动态响应并隐含降水入渗和地下水补给的重要信息。因此，研究土壤含水率和地下水位的时间变异性有助于理解以上两个复杂的过程。本项目采用非平稳谱方法求解饱和-非饱和水流随机微分方程，研究土壤含水率和地下水位与降水入渗和地下水补给之间的时间尺度性关系；利用随机配点法求解饱和-非饱和水流时空随机微分方程，分析非均质对水流时间尺度性的影响；并选定典型流域进行地表-地下水耦合模拟,验证随机分析的结论。拟通过理论分析与典型流域水文模拟，揭示饱和-非饱和带水流的时间尺度性及其物理意义，为深刻理解饱和-非饱带水循环规律提供理论支撑。

中文关键词： 非饱和-饱和带；时间尺度；时间分形；随机过程；

英文摘要： Rainfall infiltration and groundwater recharge are important hydrological processes for water flow in saturated-unsaturated systems. It is difficult, if not impossible, to measure precisely infiltration and recharge due to complexity of these variables. Therefore, Our knowledge of temporal scaling of infiltration and recharge is limited. However, it is relatively easy to measure groundwater level and soil moisture content. The fluctuations of groundwater level and soil moisture content are dynamic responses of the saturated-unsaturated system to infiltration and recharge, and thus contain significant amount of information about the nature of infiltration and recharge. Therefore, it is necessary to investigate the temporal variability of groundwater level and soil moisture content in order to understand infiltration and recharge processes. In this study we will to solve the stochastic differential equation of saturated-unsaturated flow use a non-stationary spectral analysis to investigate temporal scaling of infiltration, recharge, groundwater level and soil moisture content and their relationship. Spatiotemporal stochastic differential equation of saturated-unsaturated flow will be solved by probabilistic collocation method, and the effects of heterogeneity of hydraulic conductivity on the flow temporal scaling

英文关键词： Unsaturated-saturated zone；Temporal scaling；Temporal fractal；Stochastic process；