土壤水力函数的构建方法、设备及介质与流程

本申请实施例涉及地下水数值模拟与土壤水力参数建模，尤其涉及一种土壤水力函数的构建方法、设备及介质。

背景技术：

1、在“地下水—土壤水”耦合模拟及非饱和渗流计算中，土壤水分特征曲线与非饱和导水率曲线是描述土壤水力性质的核心函数。现有技术通常采用经验模型或数值插值方法进行构建。

2、然而，现有的含进气值土壤水力经验模型在进气值附近普遍存在函数导数不连续、容水度突变等问题，这会导致richards方程求解过程中雅可比矩阵剧烈变化，进而引起数值模拟收敛困难甚至发散。

3、另一方面，常规的样条插值方法虽然能够实现曲线的平滑处理，但缺乏物理机制约束，容易在局部区间产生非物理极值或振荡现象，破坏了土壤水力参数的物理合理性。

4、因此，亟需一种既能消除进气值附近导数突变，又能严格保证物理一致性的土壤水力函数构建方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的含进气值土壤水力模型在近饱和区导数不连续导致数值模拟收敛困难，以及常规插值方法易产生非物理振荡的问题，本申请通过一种土壤水力函数的构建方法，实现了土壤水分特征曲线及导水率函数的连续光滑且符合物理规律的表达，提高了非饱和渗流数值模拟的稳定性与收敛性能。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种土壤水力函数的构建方法，包括：

3、获取含进气值的原土壤水力模型；

4、在所述原土壤水力模型的进气值与饱和点之间构建局部光滑过渡区，并在所述局部光滑过渡区内确定中间控制点；

5、基于预设导数连续条件，在所述局部光滑过渡区内构建分段插值函数；

6、引入物理一致性约束条件，通过自适应迭代搜索更新所述中间控制点的位置和函数值，以更新所述分段插值函数；

7、基于更新后的分段插值函数及链式法则，生成连续的非饱和导水率函数。

8、第二方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：

9、一个或多个处理器；

10、存储装置，用于存储一个或多个程序，

11、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如本申请任一实施例提供的土壤水力函数的构建方法。

12、第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请任一实施例提供的土壤水力函数的构建方法。

13、本申请实施例的技术方案，

14、通过在原土壤水力模型的进气值与饱和点之间构建局部光滑过渡区，并基于预设导数连续条件构建分段插值函数，有效消除了传统含进气值模型在进气值附近存在的导数突变和容水度不连续现象，从数学形式上保证了土壤水力函数的连续光滑性，避免了数值求解过程中因参数突变导致的雅可比矩阵奇异或剧烈波动问题。

15、同时，本申请引入物理一致性约束条件，并通过自适应迭代搜索动态更新中间控制点的位置和函数值，使得构建的分段插值函数不仅满足数学上的连续性，还严格遵循土壤水动力学的物理规律。通过驻点约束检查和单调性约束检查，能够自动识别并剔除插值过程中可能产生的非物理极值和振荡，确保了容水度和导水率函数的物理合理性，解决了传统样条插值方法易产生非物理失真的技术难题。

16、进一步地，本申请基于更新后的连续体积含水率函数及链式法则同步生成连续的非饱和导水率函数及其导数，形成了完整的参数连续化表达体系。这种连续化的参数表达方式显著降低了richards方程非线性求解过程中的数值误差积累，提高了在强入渗、积水边界及饱和—非饱和转换等复杂工况下数值模拟的收敛速度与计算稳定性，具有良好的通用性和工程应用价值。

1.一种土壤水力函数的构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述原土壤水力模型的进气值与饱和点之间构建局部光滑过渡区，并在所述局部光滑过渡区内确定中间控制点，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分段三次样条函数在所述左端点、所述中间控制点和所述右端点构成的第一区间和第二区间内分别表示为第一样条函数和第二样条函数；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入物理一致性约束条件，通过自适应迭代搜索更新所述中间控制点的位置和函数值，以更新所述分段插值函数，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述驻点约束检查和单调性约束检查，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于更新后的分段插值函数及链式法则，生成连续的非饱和导水率函数，包括：

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建满足函数值连续、一阶导数连续以及二阶导数连续的分段三次样条函数作为所述分段插值函数之前，还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成连续的非饱和导水率函数之后，还包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的土壤水力函数的构建方法。