2015年7月1日，美国怀俄明大学Fred Ogden研究团队在Water Resources Research期刊发表了题为《一种新的通用型一维包气带流解析方法》（A new general 1-D vadose zone flow solution method）的论文，提出了取代1931年以来阻碍了水文建模的困难并且不可靠的公式。该研究成果解决了近一百年来关于地下水水体流动的问题，对于农业、水文学、气候科学等领域都具有积极的意义。

　　1931年，Lorenzo Richards提出了计算包气带水体的公式，用来计算当雨水冲击地面并向下渗入地下含水层时，随着时间的推移，水分进入土壤的速率，称为Richards方程（简称为RE），这是唯一严格计算渗流区（即地下水和地表之间大部分植物根系生长的不饱和土壤）水体运动的公式。从估算回流与含水层补给、到更好地管理灌溉与预测洪水，计算渗流区的水体运动都是至关重要的。RE在实际的应用中也存在不少问题，有些情况下出现不可解。因此，即使一些高功率的计算机模型可以在小尺度的区域上解析RE，但简单的计算机模型或覆盖较大区域的情况下，RE只能放弃准确性而采用估算法。

　　所以，研究人员在RE公式对不饱和多孔介质在均质土层中流动的描述得出的一维偏微分方程（PDE）的基础上提出了替代的新方法，即一组衍生于不饱和通量和质量守恒原理的三个常微分方程（ODEs），并利用了速矢变换、直线法和有限水离散等方法准确地模拟了在包气带通量上的渗透、下降以及地下水位动态效应。

　　这种方法涵盖了降水、裸土蒸发和蒸散的边界通量，也可适用于非均质土壤层水分运动的数值模拟，所得结果通过通量和水含量分布展现。通过对该方法得出的分析结果、实验数据以及Hydrus-1D解算器互相比对，认为有限水分含量常微分方程方法的预测性能与Richards方程的解析结果近似。甚至在特殊情况下，如在浅层地下水位的计算中超越了Richards方程。该常微分方程解析方法具有变革性，精确度堪比Richards 1931年偏微分方程的数值解，并且避免了Richards方程的数值复杂度，同时具有了稳健而持续的形式。它适用于较大的流域尺度和土地范围进行仿真模拟，在区域尺度耦合气候与水文的模型中也通用。

　　几十年来，水文学家和其他科学家都在寻求一种更好的方法来估算包气带水体，现在这种通过土壤耦合地下水的方法可靠而实用。Fred Ogden预计这一发现将极大地提高数以百计的水体模型的可靠性。这些模型不但为来自全世界的灌溉者、城市规划者、气候学家、植物学家等研究者采用，同时也引发了一波新的数据收集热潮。随着技术的进步，也推动着数据收集新方法的涌现。Fred Ogden希望将土壤科学融入到水资源管理者的相关领域，并引领新的土壤数据采集模式。

来源： http://www.sciencedaily.com/releases/2015/07/150701131855.htm