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4.2 带容量限制的恒定入渗(Constant Infiltration with Capacity)

      带容量的常量入渗通过一个简化模型描述从自由水面区到非饱和带、以及从非饱和带到饱和带的水量交换。模型假设如下:  
- 非饱和带被建模为一个入渗带(infiltration zone),在该带全厚度范围内孔隙率(porosity)为常数。  
- 自由水面区与入渗带之间的交换按常量流量计算,即 $V_{infiltration}=Q_{i}\cdot\Delta t$,其中 $Q_{i}$ 为给定入渗流量(rate/flow rate)。  
- 饱和带与非饱和带之间的交换按常量渗漏流量 $Q_{l}$ 计算,即 $V_{leakage}=Q_{l}\cdot\Delta t$。  

      上述简化模型通过一维连续方程求解。入渗与渗漏对二维水平水动力计算的反馈仅通过自由水面区水深(water depth)的变化体现。  
      注意:入渗流量既不能超过自由水面区可用水量,也不能超过入渗带的剩余可容纳水量(入渗带容量与其当前储水量之差)。在某些情况下,入渗可能会将自由水面区的水完全抽干,从而在二维水平流动计算中产生干点。  
      一维垂向连续方程在每个水动力时间步内、二维水平流动方程求解完成后求解。计算流程如下:  
1. 计算每个水平单元的渗漏体积 $V_{leakage}(j)$  
$$ V_{leakage}(j)=Q_{l}(j)\cdot\Delta t\cdot A(j) \tag{4.2} $$
$$ V_{leakage}(j)=\min\big(V_{leakage}(j),\,V_{i}(j)\big) \tag{4.3} $$
$$ V_{i}(j):=V_{i}(j)-V_{leakage}(j) \tag{4.4} $$
其中 $V_{i}(j)$ 为入渗带内总储水量,$Q_{l}(j)$ 为渗漏流量。  

2. 计算每个水平单元的入渗体积 $V_{infiltration}(j)$  
$$ V_{infiltration}(j)=Q_{i}(j)\cdot\Delta t\cdot A(j) \tag{4.5} $$
$$ V_{infiltration}(j)=\min\big(V_{infiltration}(j),\,SC_{i}(j)-V_{i}(j),\,H(j)\cdot A(j)\big) \tag{4.6} $$
$$ V_{i}(j):=V_{i}(j)+V_{infiltration}(j) \tag{4.7} $$
其中 $Q_{i}(j)$ 为入渗率(infiltration rate),$SC_{i}(j)$ 为储水容量(water storage capacity),$H(j)$ 为自由水面区水深。  

3. 更新每个水平单元自由水面区的新水深  
$$ H(j)=H(j)-\frac{V_{infiltration}(j)}{A(j)} \tag{4.8} $$
      若 $H(j)$ 被判定为干(dry),则单元 $(j)$ 将从二维水平流动计算中移除。该单元仍可发生渗漏(leakage),但在其再次被淹没之前不再发生入渗。  
      入渗带的储水容量计算为:
$$ SC_{i}(j)=Z_{i}(j)\cdot A(j)\cdot\gamma(j) \tag{4.9} $$
其中 $Z_{i}(j)$ 为入渗带厚度(depth),$\gamma(j)$ 为该带孔隙率。  
      总结:采用带容量的常量入渗时,可能出现“指定速率仅部分执行或不执行”的情况:  
- 若地表为干(dry surface),即 $H(j)<H_{dry}$,则入渗率不执行。  
- 若入渗带储水量达到满容量,则入渗率不执行。  
- 若入渗带内储水量为 0(许多初始条件下会出现),则渗漏率不执行。  
- 渗漏体积不得超过入渗带可用储水量;若超过,则以入渗带可用水量作为渗漏体积。  
- 入渗体积不得超过地表可用水量;若超过,则以地表可用水量作为入渗体积。