天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郝永紅教授課題組在Journal of Hydrology發(fā)表論文“Calibrating a model of depth to water table using Fourier series and Simpson numerical integration”。該項(xiàng)研究由天津師范大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）和美國(guó)南卡羅來(lái)納大學(xué)的科研人員共同合作完成。
準(zhǔn)確刻畫(huà)地下水埋深（DWT）的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程是地下水研究的重要內(nèi)容，地下水水位通過(guò)毛細(xì)作用影響土壤水分和鹽度，進(jìn)而影響植物多樣性，灌溉調(diào)度和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。在干旱和半干旱地區(qū)，降水和蒸發(fā)作為地下水的主要的補(bǔ)給和排泄途徑直接影響著地下水的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。因此，研究降水和蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)DWT的機(jī)制至關(guān)重要。該項(xiàng)研究將Boussinesq方程與Averianov公式耦合建立了一個(gè)一維DWT模型來(lái)量化具有瞬態(tài)、多頻特點(diǎn)的降水和蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)DWT的變化過(guò)程。該模型采用長(zhǎng)安大學(xué)陜西關(guān)中盆地野外實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的一維觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，并利用杜哈梅爾公式和復(fù)合辛普森數(shù)值積分，計(jì)算了模型在線性狀態(tài)下的解，見(jiàn)圖1。
圖1.運(yùn)用2階傅里葉級(jí)數(shù)逼近降水和蒸發(fā)得到的DWT擬合圖
此外，在對(duì)2、4、6和8階截?cái)嗟母道锶~級(jí)數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn)并非高階截?cái)鄬?duì)DWT模擬最優(yōu)，4階截?cái)嗟母道锶~級(jí)數(shù)表現(xiàn)最好。校正后的模型參數(shù)與當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件相一致。結(jié)果表明DWT主要受長(zhǎng)波季節(jié)性蒸發(fā)和降水的影響。這對(duì)于將來(lái)使用傅里葉變換研究地下水埋深具有一定的參考價(jià)值。反演出的模型可以被用來(lái)快速模擬區(qū)域地下水位波動(dòng)，并預(yù)測(cè)其在短時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化。
天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郝永紅教授和長(zhǎng)安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院王文科教授為該文章的通訊作者，我校碩士研究生王凱妍和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院李君老師共同擔(dān)任第一作者。該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（42072277，41272245，40972165，40572150，11971247）和天津市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目（2020KJ005）共同資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129516
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