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在人类活动的干扰下,流域水循环系统在结构和驱动力方面日益呈现出“天然—人工”二元特性。面对这种二元性带来的水文水资源问题,仅用分布式水文模型或仅用水资源配置模型都难以解决。因此将分布式水文模型和配置模型耦合起来实现“天然—人工”二元水循环系统的完整模拟和评价具有重要的应用价值和现实意义。
基于上述背景与需求分析,论文初步探索了分布式水文模型和水资源配置模型耦合起来的思路和方法,并将其应用于伊洛河流域。论文主要包括以下三部分内容:
第一部分:系统总结了分布式水文模型和水资源配置模型的研究进展;介绍了分布式水文模型WEP模型的发展,对模型的结构、参数、特点以及功能进行了详细论述;介绍了基于规则的水资源配置模拟模型ROWAS,论述了模型的基本概念、概化原则、规则制定和模块的功能;这些为模型耦合奠定了理论基础;
第二部分:详细论述分布式水文模型和水资源配置模型耦合的思路、方法、技术路线和技术难题;由于分布式水文模型和水资源配置模型两者的计算单元时空尺度不同,进行水文水资源数据的时空尺度转换是模型耦合的纽带,论文重点研究了工业生活和农业灌溉用水的时空展布的理论、方法以及实现的途径;
第三部分:选取黄河流域小花区间最大的支流伊洛河为试验流域,通过改变流域下垫面、人工取用水过程,设置了包括现状水平年 (2000 年) 和规划水平年 (2010年) 的六种方案进行耦合模拟,针对模拟结果定量分析了农业节水、控制开采地下水、农作物覆膜等管理措施对流域蒸散发量ET、河道下泄量、地下水蓄变量等水循环过程的影响并提出了政策建议。
本文研究的技术难点在于实现水文水资源数据的时空尺度转换。主要创新点有三点:(1)提出了分布式水文模型WEP和水资源配置模型ROWAS耦合的方法和具体步骤;(2)以伊洛河为实例研究,构建“天然—人工”二元水循环模型,实现了二元水循环系统的完整模拟和评价;(3)开展了基于配置方案的多情景水循环模拟分析,初步展示了模型耦合在流域水资源合理配置中的情景分析功能。
通过伊洛河流域应用表明,该耦合模型能进行不同管理措施下的“天然一人工”二元水循环过程模拟和水循环要素定量分析,可以用于指导流域水资源规划与管理。本文的耦合是松散式耦合,应进一步研究实现模型的紧密的动态耦合,并在水资源问题更加突出的地区(如海河流域)研究推广。