東亞水環境可持續發展研究中心 (WEEA)

流域二元水循環模式理論與模擬技術

發表時間:2017-09-09 21:38
文章附图

   流域水循環的認知于模擬是水資源規劃的科學基礎和應用基礎。由于人類活動對于流域水循環影響的複雜性,以往水循環模擬多是對天然水循環陸面過程的模擬,近年來發展爲對流域天然大循環和人工小循環的分別進行模擬,實現整體過程模擬的模型尚未見到。此外,由于土壤水特殊的賦存狀態與頻繁轉化特性,非飽和帶的土壤水模擬與定量評價也一直是水文學和水資源學研究的薄弱環節。上述研究現狀已經明顯不能滿足人類活動密集缺水地區水資源規劃的實踐需求。

    在主持的國家重點基礎研究(973)課題中,針對我國強烈人類活動對流域水循環過程的影響,將人類活動和自然作用並列作爲流域水循環的雙重驅動因子,提出了流域“自然-人工”二元水循環理論。基于二元模式理論,構建了由分布式模擬模型和集總式調配模型耦合而成的流域二元水循環模型,前者主要模擬天然“坡面-河道”陸面主循環過程,後者重點模擬以“取水-輸水-用水-排水”爲基本環節的人工側支水循環過程,同時通過産彙流參數變化來考慮下墊面變化對水循環影響,從而實現了對變化環境下流域水循環全過程的精細模擬。並在老一輩院士專家確立的水資源評價理論方法的框架下,提出包括廣義水資源、狹義水資源和國民經濟可利用量在內的層次化水資源評價概念,利用二元模擬模型作爲定量工具,實現了包括土壤水在內的黃河流域有效水資源的系統動態評價,揭示了人類活動影響下的黃河水資源演變規律,多方驗證評價結果有較高精度。

   二元模式與模型突破了傳統水文水資源研究對于流域水循環的天然與人工驅動力與循環過程分離描述的局限,是未來數字流域的“引擎”,土壤水模擬與土壤水資源評價則進一步豐富了流域水資源評價的手段和內涵。在黃河973項目中,流域水循環二元模式與模型、廣義水資源動態評價方法和黃河水資源演變規律被科技部驗收專家組、水利部鑒定專家組和多位同行院士書面評價爲“原創性成果”,並作爲項目重大成果上報科技部。包括多位院士在內的水利部鑒定專家組認爲該項成果 “在理論和方法上都取得重大突破,達到國際領先水平”。2005年成果獲水利部大禹科技進步一等獎。

     流域二元水循環模式理論與模擬技術于2004年一經提出就引起了廣泛關注,並應用于全國水資源綜合規劃黃河片水資源評價中。先後應水利部黃河流域水利委員會、長江流域水利委員會邀請進行專題講座,兩次講座與會人數均逾百人。該項成果還在水利部水資源管理司、水文局、農水司和水規總院等部門管理工作中也得到初步應用。