1.一种基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,包括:通过Richards方程,描述基质域中饱和-非饱和土壤中的水分运动,计算得到不同时间步的含水率和水头分布;将裂隙优势流的体积通量密度和大孔隙体积含水量的幂指数关系与运动波模型结合,建立表示水分在裂隙域中的运动特性的运动波方程,求解所述运动波方程,确定裂隙域大气影响深度d c ,具体包括:建立裂隙优势流的体积通量密度q和大孔隙体积含水量w的幂指数关系 ,其中,k为经验系数,n为幂指数;结合运动波模型,建立运动波的基本方程 ,其中,t为时间,z为深度;将表示裂隙优势流特性的幂指数关系代入所述运动波的基本方程,得到运动波方程 ;求解所述运动波方程,得到湿润锋推进的深度和速度,确定裂隙域大气影响深度d c ;通过Green-Ampt模型,描述基质域和裂隙域之间的水分交换,计算湿润锋深度和入渗速率,得到水分分布和迁移路径,确定基质域大气影响深度d m ,具体包括:建立Green-Ampt模型,基本方程为 ,其中,θ i 为土体初始含水量,θ s 为土体饱和含水量,Ψ f 为湿润锋前的土壤压力头,K s 为土壤的饱和渗透率,F为累积入渗量,t为时间;计算湿润锋深度 ;计算入渗速率 ;根据Green-Ampt模型计算得到的湿润锋深度z f 和入渗速率i,确定基质域和裂隙域中的水分分布和迁移路径;根据降雨持续时间和强度,计算降雨结束时的最大湿润锋深度z max ;将所述最大湿润锋深度z max 作为基质域大气影响深度d m ;将裂隙域大气影响深度d c 和基质域大气影响深度d m 结合,得到膨胀土路堑大气影响深度d a 。
2.根据权利要求1所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,所述通过Richards方程,描述基质域中饱和-非饱和土壤中的水分运动,计算得到不同时间步的含水率和水头分布包括:确定饱和-非饱和土壤中的全水头H;取土体中的微小平行六面体,基于质量守恒定律,建立连续性方程 ,其中,ρ为水的密度,υ x 、υ y 、υ z 分别表示x、y、z方向上的流速,θ为体积含水率;根据Darcy定律,将所述连续性方程中的流速υ x 、υ y 、υ z 用渗透系数和全水头表示,得到 , , ;将所述连续性方程的右端变换为贮水率S和全水头H的函数 ,将所述连续性方程变换得到描述基质域中饱和-非饱和土壤中的水分运动的Richards方程 ;根据水头边界条件,通过有限差分法或有限元法求解所述Richards方程,得到不同时间步的含水率和水头分布。
3.根据权利要求2所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,饱和区土壤的全水头H 1 =h 1 +z 1 ,非饱和区土壤的全水头H 2 =h 2 +z 2 ,其中,h 1 为压力水头,z 1 为饱和区相对基准面的垂直坐标,h 2 为毛细管压力水头,z 2 为非饱和区相对基准面的垂直坐标。
4.根据权利要求2所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,在确定饱和-非饱和土壤中的全水头中,取大气压为基准面。
5.根据权利要求1所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,所述求解所述运动波方程,得到湿润锋推进的深度和速度,确定裂隙域大气影响深度d c 包括:在湿润锋推进阶段,湿润锋后水分含量随时间变化率为0,即 ,求解质量平衡方程 ,得到大孔隙域水分运动体积通量密度q也为0,利用运动波模型将湿润锋波速表示为 ,湿润锋达到的深度和时间的关系 ;在排水锋推进阶段,表层降雨强度在t s 时刻降为0,表层含水率也降为0,得到排水锋的推进过程的函数关系式 ,尾锋形成的函数关系式,其中,z 0 是初始湿润锋位置,t s 是降雨停止时刻;在湿润锋减弱阶段,在特定深度z i 处,体积通量密度q随时间t减小,形成尾锋,变化情况为 ,其中,t i 是湿润锋开始减弱的时刻;确定裂隙域大气影响深度d c ,包括湿润锋波速、湿润锋达到的深度和时间的关系、排水锋的推进过程的函数关系式以及湿润锋减弱阶段尾锋的变化情况。
6.根据权利要求1所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,对于平板型粘性层流动,体积通量密度q和大孔隙体积含水量w的幂指数关系为 ;对于管道粘性饱和流动,体积通量密度q和大孔隙体积含水量w的幂指数关系为 ;对于管道粘性饱和流动,体积通量密度q和大孔隙体积含水量w的幂指数关系中幂指数n>2。
7.根据权利要求1所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法,其特征在于,根据降雨后期的排水和蒸发影响,调整所述最大湿润锋深度z max 。
8.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于裂隙优势流的膨胀土路堑大气影响深度分析方法。