公路自然區(qū)劃Ⅱ1區(qū)路基濕度指數(shù)優(yōu)化算法

李冬雪，李 聰，何兆益，凌建明

(1. 重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院, 重慶 400074；2. 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司, 重慶 400067；3. 同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院, 上海 201804)

長(zhǎng)白山脈縱向分布于黑龍江、吉林和遼寧三省的東部地區(qū)，屬于《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》[1]中的東北東部山地濕凍區(qū)(Ⅱ1區(qū))。公路工程主要面臨冬季雪害、夏季水毀的威脅，對(duì)路基平衡濕度預(yù)估的準(zhǔn)確性要求高。濕度指數(shù)TMI(Thornthwaite moisture index)是現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中預(yù)估氣候因素控制型路基平衡濕度的主要參數(shù)，采用TMI模型(Thornthwaite法)計(jì)算，主要包括路基土潛在蒸發(fā)蒸騰量PE(potential evapotranspiration)估算及年度濕度平衡兩部分。但是采用Thornthwaite法計(jì)算公路自然區(qū)劃Ⅱ1區(qū)的路基濕度指數(shù)時(shí)存在一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)氣溫低于0 ℃時(shí)，認(rèn)為蒸發(fā)蒸騰作用停止，PE計(jì)算值為0[3-6]。雖然相對(duì)于液態(tài)水、森林積雪而言，無(wú)覆蓋路基邊坡和植物邊坡(裸土和苔原)積雪的蒸發(fā)速率較慢，但并不為0[7]。此外，受路面覆蓋效應(yīng)影響，路基土的蒸發(fā)蒸騰量以及降雨入滲量無(wú)法準(zhǔn)確衡量，現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》和Thornthwaite法也并未對(duì)路面的覆蓋效應(yīng)進(jìn)行定量的修正[8]。另一方面，正溫期水分蒸發(fā)、負(fù)溫期雪面蒸發(fā)、春季融雪徑流再蒸發(fā)的現(xiàn)象更為特殊[9-10]，年度濕度平衡法在一定程度弱化了Ⅱ1區(qū)路基濕度狀態(tài)的季節(jié)性變化特征，致使現(xiàn)行規(guī)范中推薦的Ⅱ1區(qū)TMI取值可能未涵蓋所有可能的干濕狀態(tài)。為了彌補(bǔ)Ⅱ1區(qū)濕度指標(biāo)計(jì)算方法中存在的不足，需建立一種新的計(jì)算方法，使PE估算時(shí)不受限于溫度范圍，且濕度平衡算法能夠反映路基的階段性凍結(jié)-融化特點(diǎn)。

多年來(lái)，學(xué)者們發(fā)展了多種PE估算模型，包括綜合法、輻射法、溫度法以及蒸發(fā)皿法4大類(lèi)[11-13]。在綜合法估算PE中，最具影響力的是Penman-Monteith法，該法是由聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織FAO推薦的參考作物日蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算公式，是PE計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化方法和缺乏實(shí)測(cè)資料地區(qū)評(píng)價(jià)其他方法的標(biāo)準(zhǔn)，也稱(chēng)FAO-PM法[14-15]。中國(guó)現(xiàn)行的《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算蒸騰力所采用的H.L.彭曼公式即是FAO-PM法的原始形式，可見(jiàn)采用該方法計(jì)算路基土壤的干濕狀況早已得到行業(yè)專(zhuān)家的認(rèn)可。Thornthwaite法的濕度表征指標(biāo)有兩種：一是按年計(jì)的濕度指標(biāo)，二是按月計(jì)算濕潤(rùn)指標(biāo)Ih(humid index)、干旱指標(biāo)Ia(arid index)。農(nóng)業(yè)學(xué)中一般采用月計(jì)濕潤(rùn)或干旱指標(biāo)，以便于統(tǒng)計(jì)農(nóng)作物在不同的生長(zhǎng)周期時(shí)的需水量，這種周期性統(tǒng)計(jì)方法對(duì)于分析類(lèi)似具有階段性凍融現(xiàn)象的季凍區(qū)路基土體濕度狀態(tài)具有較好的借鑒意義。為此，本文引入FAO-PM法估算Ⅱ1區(qū)路基土PE，以月統(tǒng)計(jì)法為基礎(chǔ)進(jìn)行分階段統(tǒng)計(jì)，建立Ⅱ1區(qū)路基濕度指數(shù)計(jì)算方法，按照三級(jí)區(qū)劃將計(jì)算所得濕度指數(shù)補(bǔ)充于現(xiàn)行規(guī)范取值范圍。研究成果有望細(xì)化公路自然區(qū)劃Ⅱ1區(qū)濕度取值范圍，提高該區(qū)路基濕度指數(shù)取值精度。

1 基于FAO-PM法的潛在蒸發(fā)蒸騰量

蒸發(fā)蒸騰量是指在一定時(shí)段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而散布到空氣中的量，通常用蒸發(fā)掉的水層厚度表示。FAO-PM計(jì)算公式中包含最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、2 m高處的平均風(fēng)速以及日照時(shí)數(shù)5個(gè)參數(shù)，且最低氣溫不設(shè)限，該法具有較高的精度和較好的通用性，被認(rèn)為是干旱地區(qū)和濕潤(rùn)地區(qū)計(jì)算效果最好的一種方法，計(jì)算公式為

(1)

式中：ET0為日蒸發(fā)蒸騰量，cm，按月累加后以PE表示；es、ea分別為飽和水汽壓和實(shí)際水汽壓，kPa，計(jì)算公式為

(2)

(3)

(4)

其中T、Tmax、Tmin分別為平均溫度、最高溫度、最低溫度，℃，實(shí)測(cè)結(jié)果；RHmean為平均相對(duì)濕度，實(shí)測(cè)結(jié)果；Δ為溫度-飽和水汽壓關(guān)系曲線在T處的斜率，kPa/℃，計(jì)算公式為

(5)

γ為濕度計(jì)常數(shù)，kPa/℃，計(jì)算公式為

(6)

其中cP為定壓比熱，一般取1.013×10-3，MJ·kg-1·℃-1；ε為水汽與干空氣的比率，ε=0.622；λ為汽化潛熱，一般取2.45 MJ·kg-1；P為當(dāng)?shù)貙?shí)際氣壓，計(jì)算公式為

(7)

其中Z為計(jì)算點(diǎn)海拔高程，m；Rn為凈輻射，MJ·m-2·d-1，計(jì)算公式為

Rn=Rns-Rnl

(8)

其中Rns為凈短波輻射，MJ·m-2·d-1，計(jì)算公式為

Rns=0.77Rs

(9)

Rnl為凈長(zhǎng)波輻射，MJ·m-2·d-1，計(jì)算公式為

(10)

其中σ為斯蒂芬-玻爾茲曼(Stefan-Boltzmann)常數(shù)，σ=4.903×10-9MJ·K-4·m-2·d-1；Tmax,K為最高絕對(duì)溫度，Tmax,K=Tmax+273.16；Tmin,K為最低絕對(duì)溫度，Tmin,K=Tmin+273.16；Rs為到達(dá)地球表面的實(shí)際太陽(yáng)輻射，MJ·m-2·d-1，計(jì)算公式為

(11)

其中n為實(shí)際日照時(shí)數(shù)，實(shí)測(cè)結(jié)果；N為最大可能日照時(shí)數(shù)，計(jì)算公式為

(12)

其中ωs為日落時(shí)角度，rad，計(jì)算公式為

ωs=arccos(-tanφtanδ)

(13)

其中φ為地理緯度，rad；δ為日傾角，rad，計(jì)算公式為

(14)

其中J為日序數(shù)(1月1日為1，逐日增加)；Ra為大氣頂太陽(yáng)輻射，MJ·m-2·d-1，計(jì)算公式為

Ra=37.6dr(ωssinφsinδ+cosφcosδsinωs)

(15)

其中dr為日地相對(duì)距離的倒數(shù)，計(jì)算公式為

(16)

Rs0為到達(dá)地球表面的晴空太陽(yáng)輻射，MJ·m-2·d-1，計(jì)算公式為

(17)

G為土壤熱通量，由于日尺度的土壤熱通量相對(duì)很小，一般可以忽略；u2為2 m高度平均風(fēng)速，計(jì)算公式為

(18)

uz為風(fēng)標(biāo)高度處的實(shí)際風(fēng)速，m/s，實(shí)測(cè)結(jié)果。

2 區(qū)分凍結(jié)-融化時(shí)期的階段濕度指數(shù)

2.1 凍結(jié)-融化現(xiàn)象

季凍區(qū)公路路基的凍結(jié)-融化時(shí)期一般歸納為冰凍期、完全融化期、融化恢復(fù)期和平衡濕度期4個(gè)時(shí)期。根據(jù)氣象統(tǒng)計(jì)資料顯示，Ⅱ1區(qū)平均氣溫<0 ℃時(shí)間為3～5個(gè)月[16]，考慮到路面具有一定的覆蓋效應(yīng)，則該區(qū)路基冰凍期約為4個(gè)月左右。凍融循環(huán)4個(gè)時(shí)期的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與季節(jié)并不完全一致，完全融化期持續(xù)時(shí)長(zhǎng)僅為1個(gè)月，冰凍期與平衡濕度期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，約4個(gè)月[17-20]。Ⅱ1區(qū)路基冰凍最早于每年的11月底至12月初開(kāi)始，融化時(shí)間為每年的3月底至4月初，各時(shí)期的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)及冰凍開(kāi)始時(shí)間見(jiàn)表1。

基于上述分析，可將Ⅱ1區(qū)路基的冰凍開(kāi)始時(shí)間確定為12月初，則凍結(jié)-融化現(xiàn)象的4個(gè)時(shí)期及其區(qū)間為：冰凍期(上年度12月份—本年度3月份)，完全融化期(本年度4月份)，融化恢復(fù)期(本年度5月份—本年度7月份)和平衡期(本年度8月份—本年度11月份)。

表1 季凍區(qū)路基凍結(jié)-融化現(xiàn)象不同時(shí)期持續(xù)時(shí)長(zhǎng)

2.2 濕度平衡原理

濕度平衡或稱(chēng)水分平衡，是土壤學(xué)與農(nóng)業(yè)氣象學(xué)等領(lǐng)域的概念，常用的濕度平衡模型有指數(shù)消退模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、水量平衡模型、凍融期土壤水熱耦合傳輸模型和SPAC水熱耦合傳輸模型等[21-22]。Thornthwaite法的濕度平衡原理可歸屬為水量平衡模型，李迪強(qiáng)等[23]在計(jì)算中國(guó)潛在植被生產(chǎn)力時(shí)，采用的土壤濕度動(dòng)態(tài)的處理方法即參照了Thornthwaite法。當(dāng)該方法被逐漸引入公路路基濕度預(yù)估研究后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在進(jìn)行路基濕度平衡分析時(shí)均采用Thornthwaite的濕度平衡原理[24-25]。

土壤由于具有復(fù)雜多孔隙結(jié)構(gòu)，因而具有一定的儲(chǔ)水能力。它一方面通過(guò)大氣降水獲得水分補(bǔ)充，另一方面通過(guò)蒸發(fā)蒸騰作用喪失一部分水分。當(dāng)降雨量小于蒸發(fā)量，此時(shí)降水全部蒸發(fā)，土壤中原有的水分也將蒸發(fā)，當(dāng)原有水分全部蒸發(fā)之后仍有進(jìn)一步蒸發(fā)的趨勢(shì)，這樣就形成濕度不足量，即缺水量DF；而當(dāng)土壤達(dá)到最大濕度狀態(tài)(即飽和含水率狀態(tài))，多余的降水將以徑流的形式流走，1個(gè)月產(chǎn)生的徑流總量就是該月的徑流量R。在以月為統(tǒng)計(jì)單位時(shí)，若不考慮當(dāng)月蒸發(fā)掉的水來(lái)源于當(dāng)月降雨還是上月儲(chǔ)存，則可根據(jù)土壤月儲(chǔ)水量將濕度平衡后的土壤濕度狀態(tài)歸納為3種狀態(tài)：1)有徑流，表示的是Si>Smax，土壤月儲(chǔ)量Si超過(guò)最大儲(chǔ)水量Smax，當(dāng)月未蒸發(fā)掉全部水量，富余水量可以形成徑流補(bǔ)給次月；2)無(wú)徑流不干旱，表示的是0

基于上述分析，本文對(duì)現(xiàn)有的濕度平衡計(jì)算流程進(jìn)行一定程度的優(yōu)化，濕度平衡的計(jì)算流程如圖1所示。圖中，Si表示土壤月儲(chǔ)水量，cm；Si-1表示土壤上月儲(chǔ)水量終值，也就是本月儲(chǔ)水量初值，cm；Ri為月徑流量，cm；DFi為月缺水量，cm；Pi為月降雨量，cm。土壤最大儲(chǔ)水量Smax取決于土質(zhì)類(lèi)型，其值等于飽和體積含水率θs與土層厚度h之積。降雨影響深度一般在0.6～2.5 m之間[26]，考慮到路面結(jié)構(gòu)的防水、阻水效應(yīng)，本文取路基土層厚度h為1.2 m。在濕度平衡計(jì)算中，還需要確定路基的初始儲(chǔ)水量S0，它與土壤的初始濕度狀況有關(guān)，其值等于土壤初始體積含水率θ0(在此，取路基土壓實(shí)施工時(shí)的濕度狀態(tài)為初始濕度狀況，且其施工碾壓含水率為土的最佳含水率)與土層厚度h(1.2 m)之積。

圖1 濕度平衡計(jì)算流程

2.3 階段濕度指數(shù)

Thornthwaite法計(jì)算土壤濕度指標(biāo)的方法分為月計(jì)指標(biāo)和年計(jì)指標(biāo)兩種，濕潤(rùn)指標(biāo)為

(19)

干旱指標(biāo)為

(20)

根據(jù)全年各月的濕潤(rùn)指標(biāo)與干旱指標(biāo)，可以計(jì)算當(dāng)年的年度濕度指數(shù)：

(21)

式中：Ry為第y年年度徑流量，cm；DFy為第y年年度缺水量，cm；PEy為第y年年度蒸發(fā)蒸騰總量，cm。上述各值均由各月的值累加獲得。

月計(jì)指標(biāo)以一個(gè)月為一個(gè)考察單元，分析當(dāng)月降水量和蒸發(fā)蒸騰量的平衡關(guān)系，評(píng)價(jià)當(dāng)月土壤濕度狀態(tài)。年計(jì)指標(biāo)以12個(gè)月為一個(gè)考察單元，將12個(gè)月的降水量和蒸發(fā)蒸騰量簡(jiǎn)單均值化，評(píng)價(jià)全年土壤濕度狀態(tài)，這種方法在一定程度上抵消了徑流積聚和負(fù)溫下的土壤蒸發(fā)蒸騰，無(wú)法揭示最不利時(shí)期的真實(shí)濕度狀態(tài)。

根據(jù)上述對(duì)Ⅱ1區(qū)路基土的凍結(jié)-融化時(shí)期開(kāi)始時(shí)間與持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的分析結(jié)論，建立冰凍期、完全融化期、融化恢復(fù)期和平衡濕度期4個(gè)時(shí)期的階段濕度指數(shù)Ism(staged moisture index)計(jì)算公式為

(22)

式中：Rst為各個(gè)時(shí)期的累積徑流量，cm；DFst為各個(gè)時(shí)期的累積缺水量，cm；PEst為各個(gè)時(shí)期的累積蒸發(fā)蒸騰總量，cm。

按此公式計(jì)算出的Ism為4組數(shù)值，分別表示公路路基凍結(jié)-融化各個(gè)時(shí)期的平衡濕度情況：IsmⅠ為冰凍期濕度指數(shù)，IsmⅡ?yàn)橥耆诨跐穸戎笖?shù)，IsmⅢ為融化恢復(fù)期濕度指數(shù)，IsmⅣ為平衡濕度期濕度指數(shù)。濕度指數(shù)TMI為4組數(shù)值的平均值。

2.4 算例

以任一氣象站點(diǎn)——延吉站為例，詳細(xì)介紹采用FAO-PM法計(jì)算PE的具體過(guò)程。延吉站位于東經(jīng)126.28°，北緯42.53°，高程為176.8 m。路基初始體積含水率θ0為0.18，飽和體積含水率θs為0.24。氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局公布的中國(guó)國(guó)際交換站地面氣候標(biāo)準(zhǔn)值月值數(shù)據(jù)集(1971年—2000年)，見(jiàn)表2。

FAO-PM法的PE計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表3，濕度平衡與階段濕度指數(shù)Ism計(jì)算過(guò)程與結(jié)果列于表4、5中。根據(jù)表4數(shù)據(jù)可計(jì)算得到：S0=θ0h=0.18×120 cm=21.6 cm；Smax=θsh=0.24×120 cm=28.8 cm。根據(jù)表5數(shù)據(jù)可計(jì)算得到TMI=-9.7。

表2 氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)

表3 潛在蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算過(guò)程

3 相關(guān)性與適用性分析

3.1 氣候因素的相關(guān)關(guān)系

通過(guò)上述計(jì)算流程求得Ⅱ1區(qū)不同土組的潛在蒸發(fā)蒸騰量。氣象數(shù)據(jù)來(lái)源同上，位于Ⅱ1區(qū)的氣象站共7個(gè)。表6為各站PE計(jì)算結(jié)果，結(jié)果表明：負(fù)溫下的PE占全年總蒸發(fā)蒸騰量的9.8%～15.7%，其中，綏芬河站為14.2%、牡丹江站為12%、雞西站為13.2%、臨江站為12.4%、延吉站為15.7%、丹東站為9.8%、本溪站為12.3%?？梢?jiàn)，忽略負(fù)溫下蒸發(fā)蒸騰能力將導(dǎo)致濕度指數(shù)估算值偏高。

以延吉站為例說(shuō)明逐月PE與氣象因素的關(guān)系，如圖2～5所示，結(jié)果表明：正負(fù)溫同時(shí)參與統(tǒng)計(jì)時(shí)，PE與平均氣溫顯著正相關(guān)，與其他氣候因素的線性相關(guān)性不顯著。

圖6～9為負(fù)溫時(shí)(11月份至次年3月份)，PE隨各氣象因素的變化規(guī)律，可以看出，PE與平均日照時(shí)數(shù)、平均氣溫和平均風(fēng)速正相關(guān)，PE隨之增加而增加；PE與平均相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)，相對(duì)濕度越大，則PE越小。

3.2 適用性分析

將FAO-PM法、Thornthwaite法[18]計(jì)算所得PE結(jié)果與中國(guó)氣象局公布的累年各月蒸發(fā)量(小型)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，如圖10所示。

表6 Ⅱ1區(qū)不同站點(diǎn)潛在蒸發(fā)蒸騰量

(a)PE隨平均氣溫的變化規(guī)律

(b)PE與平均氣溫的逐月變化規(guī)律

(a)PE隨平均相對(duì)濕度的變化規(guī)律

(b)PE與平均相對(duì)濕度的逐月變化規(guī)律

(a)PE隨平均風(fēng)速的變化規(guī)律

(b)PE與平均風(fēng)速的逐月變化規(guī)律

(a)PE隨日照時(shí)數(shù)的變化規(guī)律

(b)PE與日照時(shí)數(shù)的逐月變化規(guī)律

圖6 負(fù)溫下PE與平均日照時(shí)數(shù)的關(guān)系

圖7 負(fù)溫下PE與平均氣溫的關(guān)系

圖8 負(fù)溫下PE與平均風(fēng)速的關(guān)系

圖9 負(fù)溫下PE與平均相對(duì)濕度的關(guān)系

總體而言，F(xiàn)AO-PM法計(jì)算模型所得的PE值偏小，但與各地氣象站數(shù)值的逐月變化趨勢(shì)基本保持一致，誤差為0.47～13.22 cm，88%的誤差介于0.47～7.07 cm之間；Thornthwaite法計(jì)算模型所得的PE與氣象站數(shù)值相比偏差較大，表現(xiàn)為冬季PE為0，年峰值與氣象站數(shù)值相比延遲2個(gè)月出現(xiàn)，誤差為-1.85～16.88 cm，88%的誤差介于-1.85～10.55 cm之間。

圖10 PE計(jì)算結(jié)果對(duì)比

值得關(guān)注的是，F(xiàn)AO-PM法未能準(zhǔn)確模擬5月份至6月份間的PE突增現(xiàn)象，模型計(jì)算值雖有增加，但增幅遠(yuǎn)小于氣象站數(shù)值。出現(xiàn)這種差異的原因是由于FAO-PM法采用平均氣溫直接參與PE計(jì)算，而不是最高氣溫。在Ⅱ1區(qū)，根據(jù)氣象原始數(shù)據(jù)可知，5月份和6月份的晝夜溫差較大，平均氣溫往往僅為最高氣溫的65%左右，而氣溫是與PE高度正相關(guān)的影響因素，因此導(dǎo)致了模型計(jì)算值比氣象站數(shù)值偏小。

4 Ⅱ1區(qū)路基濕度指數(shù)取值范圍

4.1 Ⅱ1區(qū)公路路基濕度指數(shù)

本文通過(guò)上述計(jì)算流程求得Ⅱ1區(qū)的不同土組濕度指數(shù)，其中，不同土組的θ0與θs取值見(jiàn)表7，階段濕度指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8，濕度指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。

表7 Ⅱ1區(qū)不同土組的特征體積含水率值[18]

表8 Ⅱ1區(qū)不同土組的階段濕度指數(shù)

表9 Ⅱ1區(qū)不同土組的濕度指數(shù)

4.2 路基濕度指數(shù)歸并

1986年頒布的《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》一直沿用至今，對(duì)中國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展起到了一定的推進(jìn)作用。2008年王彩霞等[27]對(duì)東部溫潤(rùn)季凍區(qū)公路三級(jí)自然區(qū)劃進(jìn)行了研究，將Ⅱ1區(qū)東北東部山地濕潤(rùn)凍區(qū)劃分為Ⅱ1-a、Ⅱ1-b、Ⅱ1-c及Ⅱ1-d 4個(gè)三級(jí)區(qū)劃。該方法是通過(guò)數(shù)學(xué)模型的理論法和相關(guān)分析的半經(jīng)驗(yàn)法相結(jié)合確定的分區(qū)界限，使區(qū)域劃分更具客觀性。本研究中計(jì)算的7個(gè)氣象站分別位于Ⅱ1-a區(qū)(雞西站)、Ⅱ1-b區(qū)(牡丹江站、綏芬河站)、Ⅱ1-c區(qū)(本溪站、臨江站、延吉站)及Ⅱ1-d區(qū)(丹東站)。

本文在此三級(jí)區(qū)劃的基礎(chǔ)上，將Ⅱ1區(qū)內(nèi)不同土組的濕度指數(shù)進(jìn)行歸并，得到了三級(jí)區(qū)劃路基濕度指數(shù)最大值、最小值。具體方法：1)按4類(lèi)土組進(jìn)行歸并，分別為砂、其他砂類(lèi)土、粉質(zhì)土及黏質(zhì)土；2)歸并所得最小值按照各站濕度指數(shù)計(jì)算值與《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦最小值二者中的最小值進(jìn)行選?。?)歸并所得最大值按照三級(jí)區(qū)劃內(nèi)各站濕度指數(shù)計(jì)算值與規(guī)范推薦最大值二者中的最大值進(jìn)行選取。三級(jí)區(qū)劃補(bǔ)充細(xì)化后的Ⅱ1區(qū)路基濕度指數(shù)推薦取值范圍由-8.1～35.1擴(kuò)大至-16.5～35.1，具體見(jiàn)表10。

表10 Ⅱ1區(qū)不同土組的TMI范圍

5 結(jié) 論

PE的準(zhǔn)確估算是Ⅱ1區(qū)路基濕度指數(shù)預(yù)估的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，本文引入FAO-PM法進(jìn)行Ⅱ1區(qū)路基土PE估算，有效解決了Thornthwaite法中負(fù)溫下PE為零的問(wèn)題，優(yōu)化建立了階段濕度指數(shù)計(jì)算方法，并補(bǔ)充細(xì)化了Ⅱ1區(qū)路基濕度指數(shù)取值范圍，取得了以下主要研究結(jié)論：

1)負(fù)溫下路基土的PE不為零，其總量可達(dá)年蒸發(fā)蒸騰總量的9.8%～15.7%，采用FAO-PM法估算Ⅱ1區(qū)路基土的PE精度相對(duì)更高，但該方法在模擬5、6月份期間的PE突增現(xiàn)象時(shí)精度不足，其原因是FAO-PM法忽略晝夜溫差而采用平均氣溫計(jì)算PE所引起的低估。負(fù)溫下路基土PE與平均日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速和平均氣溫為正相關(guān)，與平均相對(duì)濕度為負(fù)相關(guān)；當(dāng)統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)擴(kuò)大至全年時(shí)，PE與氣象因子相關(guān)性不一致，主要?dú)w因于平均氣溫與PE高度正相關(guān)，夏季高溫使PE顯著增加，抵消了平均相對(duì)濕度的負(fù)相關(guān)影響。

2)通過(guò)比較當(dāng)月儲(chǔ)水量與最大儲(chǔ)水量、最小儲(chǔ)水量之間的大小關(guān)系，將路基土各月濕度平衡后的狀態(tài)簡(jiǎn)化歸納為有徑流、無(wú)徑流不干旱和無(wú)徑流干旱3種狀態(tài)，可根據(jù)當(dāng)月路基土狀態(tài)計(jì)算徑流量R和缺水量DF。優(yōu)化后，在進(jìn)行濕度平衡計(jì)算時(shí)，無(wú)需考慮無(wú)徑流蒸發(fā)的水分的來(lái)源，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。

3)Ⅱ1區(qū)不同土組的濕度指數(shù)差異明顯，自西南向東北由正變負(fù)、逐漸減小，取值范圍較規(guī)范推薦值較寬，擴(kuò)大后的取值為-16.7～35.1，按照三級(jí)區(qū)劃重新歸并路基濕度指數(shù)，從地域上進(jìn)一步細(xì)化取值范圍，更便于取值。

4)本文在研究過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，鋪面覆蓋效應(yīng)對(duì)路基降雨入滲和蒸發(fā)蒸騰能力有較大影響，由于缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支撐，現(xiàn)階段未將鋪面覆蓋效應(yīng)考慮在內(nèi)。若要從根本上明確鋪面覆蓋效應(yīng)的影響規(guī)律，則應(yīng)從室內(nèi)外試驗(yàn)和仿真模擬等方面進(jìn)行深入研究。