解析地表水和地下水耦合模型研究进展

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1、第27卷第4期地理科学进展Vol.27,No.42008年07月PROGRESSINGEOGRAPHYJuly,2008地表水和地下水耦合模型研究进展王蕊1，王中根2，夏军2（1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉51027；2.中国科学院地理科学与资源研究所，中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101）摘要：地表水和地下水的转换及其过程耦合模拟，是水资源开发利用和科学评价的基础。本文归纳了国内外16种地表水和地下水耦合模型，并根据耦合模型的特点和耦合方式，划分了三类耦合类型，即：紧密耦合型、半松散耦合型和松散耦

2、合型。对其中比较典型的“四水”转化模型、SWATMOD、MIKE-SHE、MODBRANCH模型进行了对比分析，剖析了不同耦合模型的优缺点，为地表水和地下水耦合模拟研究提供了很好参考。关键词：地表水；地下水；耦合模拟；研究进展1引言向分布式水文模型转变。这种转变为新型的基于水循环动力过程的地表与地下水耦合模拟研究创造地表水与地下水的转换是水循环的重要过程，了条件。分布式水文模型最大的特点是在结构与参自然界中几乎所有的地表水体都和地下水发生着数上具有空间分布的特性，能够反映流域下垫面局作用[1]。但由于水循环自身的复杂性，以及介质空间部的改变对

3、整个水循环过程的影响，能够考虑土地和运动状态的不同，长期以来地表水和地下水的运利用、植被覆盖、土壤类型等空间变化对流域产、汇动过程与模拟研究，分别在各自相对独立的领域中流过程的影响，能够为地下水模拟提供更加准确的发展。地表水模型的研究也有涉及到地下水部分，入渗补给量的空间分布信息。同时GIS空间数据分但大多用近似于黑箱的处理方法，很少实质性地进析与处理平台的发展，也为这种新型的分布式地表行地下水运动过程的模拟。地下水模型中包括一些与地下水耦合模型提供了必要的技术支撑。简单的河流信息处理功能，但无法处理复杂的降雨目前，国内外对地表水与地下水耦合

4、模拟已经空间信息和地表径流信息。做了一定深度的科学研究，并取得了一些阶段性成随着气候变化和人类活动的影响，特别是大规果。本文归纳了当前一些主要的地表水和地下水耦模地下水抽取和跨流域调水工程实施，区域地表水合模型并针对各类中的代表性模型进行了重点描和地下水的交互作用也越来越频繁，已经到了需要述。从过程上把两者作为一个整体系统进行研究的阶段。在以往地表水和地下水联合研究中，国内外涉2地表水和地下水耦合模型的分类及的大多是基于水量平衡的集总式模型，如传统的“四水”或“五水”转化概念性模型等。这类模型的局目前，国内外已出现很多地表水和地下水耦合限性主

5、要表现在其所能提供的水文循环过程的信模型。根据不同的分类标准，耦合模型有着不同的息相对匮乏，无法反映水文循环过程的空间变异分类。根据研究对象的侧重点，耦合模型可分为地性、难以与考虑空间变化特性的地下水模型进行动表水模型包容地下水模块型、地下水模型包容地表力学过程上的耦合。近年来，随着计算机、“3S”、空水模块型、地表水和地下水模型双向兼容型。根据间信息等高新技术的发展与成熟，地表水模型逐步地表水和地下水模型的耦合计算方法可分为分离收稿日期：2008-02；修订日期：2008-06.基金项目：国家自然科学基金项目（40701027）；中国科学院

6、知识创新工程重要方向性项目（Kzcx2-yw-126）。作者简介：王蕊，女，武汉大学博士研究生，主要从事地表水与地下水耦合模拟研究。037~041页38地理科学进展27卷型、相关分析型、线性入渗/排泄型、线性水库型和达确而有序，但模型是主要针对水资源统一评价问题西定律型五类[1]。本文根据模型耦合方式的不同，将建立的，地表、地下水模型之间的相互作用和转换其分为松散耦合型、半松散耦合型和紧密耦合型非常简化，因此应用时有很大局限性。（表1）。3.2SWATMOD模型3几个典型耦合模型分析SWATMOD模型耦合了美国农业部农业研究局开发的半分布式水

7、文学模型SWAT和美国地质调查局开发的MODFLOW模型。它不仅能模拟分析3.1“四水”转换模型“四水”转化是从水资源计算与评价的角度提灌溉、施肥和耕作措施对农业生产和水资源利用方出的大气水、地表水、土壤水与地下水相互转化关面的影响，而且能反映复杂含水层系统中地下水的动态[4]。系问题。“四水”转化模型把计算单元或流域(区域)看成一个系统，把降水、蒸发、地表水、土壤水、地下SWATMOD模型中覆被层、土壤层、池塘、水库水及农业生态和灌溉等视为相互关联、相互制约的的水分运动由SWAT模拟，如图1虚线以上的部子系统，是以流域水循环和平衡原理为其理

8、论基分；地下含水层的水分运动、河流与地下水的相互础，利用物理方程和逻辑判断，计算出各部分水量作用由MODFLOW模拟，如图1虚线以下部分；穿变化过程。过虚线的箭头表