生态水文双向耦合模型的研发与应用:Ⅰ模型原理与方法

陆地生态水文耦合的关键过程是以植被气孔行为调控的植物蒸腾-光合作用的双向耦合,并共同影响着水、能量通量、碳的收支平衡,构建陆地生态水文双向紧密耦合模型是研究其相互作用与反馈的重要基础。本研究基于分布式时变增益模型(DTVGM),改进并发展了其中水、能量通量、光合作用及植物生长等关键模块,耦合以CASACNP为基础的生物地球化学模型,提出了耦合模型的架构、模拟方法及模型主要原理和计算方法,构建了一个耦合陆面水文与生物地球化学循环的生态水文双向紧密耦合模型,为陆面水文-生物地球化学过程的模拟及应用提供基础。     

生态水文耦合研究进展

在明确生态水文学概念及其发展过程的基础上,重点阐述了生态水文耦合的研究进展,探讨了目前生态水文耦合研究存在的关键性问题,即生态水文研究内容和范围纷繁复杂,尚没有一套完整的理论体系.尺度转化是解决生态水文耦合的关键;生态水文学的机理探索是解决紧密耦合的基础;实现生态水文的紧密耦合是生态水文耦合研究的终极目标.文中还探寻并阐述了解决生态水文耦合模型的切入点,即物理参数传递和树木年轮法等.     

陆地生态系统模型及其与流域水文模型耦合的研究进展

陆地生态系统在全球生态系统中起重要作用,它与流域水文循环通过复杂的生理学过程和水文学过程相互影响、相互作用.本文对陆地生态系统模型及其与流域水文模型的耦合研究进行了综述和讨论.将陆地生态系统模型分为基于静态植被和动态植被两种类型,讨论了两种类型包含的各种模型及其与流域水文模型耦合的研究进展和应用情况.阐述了陆地生态系统...     

陆地生态系统模型及其与流域水文模型耦合的研究进展

陆地生态系统在全球生态系统中起重要作用,它与流域水文循环通过复杂的生理学过程和水文学过程相互影响、相互作用。本文对陆地生态系统模型及其与流域水文模型的耦合研究进行了综述和讨论。将陆地生态系统模型分为基于静态植被和动态植被两种类型,讨论了两种类型包含的各种模型及其与流域水文模型耦合的研究进展和应用情况。阐述了陆地生态系统模型与流域水文模型耦合在气候变化和人类活动影响研究中的重要意义,并分析指出两者耦合研究的发展方向。     

陆地生态系统模型及其与流域水文模型耦合的研究进展

陆地生态系统与流域水文循环通过复杂的生理学过程和水文学过程相互影响、相互作用,本文对陆地生态系统模型及其与流域水文模型的耦合研究进行了综述和讨论。将陆地生态系统模型分为基于静态植被和动态植被两种类型,讨论了两种类型包含的各种模型及其与流域水文模型耦合的研究进展。阐述了陆地生态系统模型与流域水文模型耦合在气候变化和人类活动影响研究中的重要意义,并分析了两者耦合研究的发展方向。     

生态水文模型开发和应用:回顾与展望

生态水文模型是开展生态水文研究的有效手段,也是生态、环境及水资源管理决策的重要支撑和工具。本文从当前水文科学研究的热点问题出发,总结了生态水文研究面临的主要问题及对生态水文模型的现实需求。在此基础上,阐释了生态水文模型开发的重要策略和涉及的关键技术与难点。最后,探讨了生态水文模型的发展趋势。     

大尺度水文模型及其与气候模型的联结耦合研究

本文综述陆地表面水文过程，大尺度水文模型及其与气候模型联结耦合研究的最新进展和存在问题。介绍ＧＥＷＥＸ－ＧＡＭＥ研究项目的目标和内容，科学价值和现实意义及其在我国开展研究的计划。     

基于地理信息系统的生态水文模型研究进展

在明确生态水文学及生态水文模型概念的基础上,重点阐述了基于GIS生态水文模型数据集优化的研究进展,探讨了目前基于GIS实现生态水文耦合相关研究存在的显著问题,即尺度转换、耦合点和耦合方法.并根据当前问题阐述未来生态水文模型发展方向,建立大尺度和适用广泛的生态水文模型将是下一步研究的重点.     

松散耦合分布式水文模型原理与结构

文章分析了松散耦合分布式水文模型的构建理论与主要方法,模型主要包括单元水文模型与河网汇流模型2大部分。单元水文模型涉及到冠层截留、融雪、蒸散发、坡面流、非饱和土壤水运动和地下水出流等水文物理过程。产流计算考虑到地形坡度的影响采用基于地形指数的计算方法。汇流演算基于河网结构采用分段马斯京根方法。探讨了分布式水文模型的发展趋势,简单高效的基于松散耦合的分布式模型仍然会受到更多的关注。     

气象水文模型耦合研究及其在渭河流域的应用

在由工程和非工程措施构成的流域防洪减灾体系中,水文预报占据十分重要的地位。为了延长水文预报的有效预见期,同时保证水文预报的精度,需要对整个水循环过程进行综合模拟研究,因此大气模式和水文模型的耦合研究成为关键。论文分别建立并验证了数值天气预报模式WRF和分布式水文模型WEP,采用单向耦合的方式,构建了渭河流域陆气耦合模拟平台,在此基础上对渭河流域2000年9月下旬至10月下旬的降雨和径流过程进行耦合模拟,并与实测降雨及径流日过程进行了对比分析,取得了较好的效果。     

基于SWAT的灌区分布式水文模型——Ⅱ.模型应用

以本文第Ⅰ部份提出的灌区分布式水文模型为工具,对典型灌区进行灌区小流域和区域尺度的水平衡模拟,定量分析了不同水管理措施对灌区小流域尺度水量平衡评价指标的影响,以及不同尺度间水量平衡评价指标的变化特点。结果表明：适当增加稻田最大蓄水深度可以减少出流水量损失,使更多的降雨和灌水转化为土壤水,满足水稻的蒸发蒸腾耗水;现状条件下适当减少渠道供水量不会导致水稻产量明显降低,但通过减少渠道灌溉水的投入,可以提高灌溉水分生产率;提高塘堰汇集回归水能力后,塘堰可供水量增加,此时减少渠道供水量不会导致水稻明显减产。输水、配水渠道水利用系数增减5％对灌区水量平衡评价指标没有显著的影响,说明企图通过提高渠系水利用系数来提高区域尺度灌溉水利用效率及节水的潜力有限。此外,灌溉水分生产率随尺度的增大而增加,证明尺度愈大对回归水的重复利用率愈高。     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

水文生态耦合模式的理论框架

针对国际地圈生物圈计划中有关水文循环生物圈方面的项目研究，指出了研究水文生态系统的意义，提出了水文生态耦合模拟模式的理论框架，进一步的研究工作将逐步展开。     

双向差分灰色模型及其在水文预报中的应用

采用双向差分建立一种水文预报模型。该模型与传统GM(1，1)模型的不同之处在于如何推求GM(1，1)模型的参数.本文是在某一预报量的前后差预报误差之和趋于最小时求出模型的参数。该模型用于宣城站年最高水位预报的结果表明，通过残差、后验差检验，模型达到了灰色模型所规定的精度等级(一级)。     

新安江水文模型在水文预报中的应用

以海南省万泉河流域为研究对象,在新安江水文模型的基础上,通过完善模型结构、优化参数率定等,开展了对模型的改进和实证研究,并对相关结果进行了分析.在万泉河流域1990～2000年加积站和加报站的水量平衡研究中,模拟结果比较符合实测值,证明模型对万泉河流域具有较强的适用性,在流域水资源管理中具有较好的应用前景.     

生态水力学耦合模型及其应用

生态水力学是研究水动力学和水生态系统动力学之间相互作用的一门新兴的交叉学科.它一方面研究水力条件的改变对水生态系统平衡以及生物多样性的影响,另一方面研究水生态系统的演变对水力情势的反作用.生态水力学模型是探讨这些复杂过程的有力工具,甚至可以用来评价生态恢复方案的效率.本文论述了生态水力学的研究目的和范围,并从三个方面阐述了建立耦合生态水力学模型的思路和方法,包括模型模式融合、模型方法集成和时空尺度耦合.模型在莱茵河下游生态栖息地评价和荷兰Veluwe湖沉水植物竞争性生长模拟等实例中的应用表明耦合生态水力学模型有很好的应用前景.     

滦河流域分布式水文模型开发与验证

以WEP模型为基础,构建了基于物理机制的滦河流域分布式水文模型,采用500 m×500 m正方形网格,将流域离散为215 353个基本计算单元,采用“马赛克”法进行土地利用类型重归类,对冠层截留、地表过程、土壤过程、地下水过程以及汇流过程等水文过程进行连续30 a的模拟计算,并以桃林口水库水文站和滦县水文站的还原流量为准对模型进行了校验.结果表明:模型校验期模拟月径流与观测月径流之间的相关系数为0.85～0.94,纳什效率系数在0.72以上,模拟年径流误差控制在5％左右,表明该模型具有较高精度,可为流域水资源综合开发和管理提供支撑.     

流域水文模型识别方法研究与应用

基于模型产汇流机理,分析对比水文模型适用性,建立考虑气候特征、下垫面条件和人类活动影响的流域水文模型识别的指标体系,并以辽宁东部各中小流域为研究对象进行实例研究。分析了研究区域的气候特征,将新安江模型、大伙房模型和TOPMODEL模型作为备选模型,利用主成分分析法确定流域面积/主河道长度、河道比降、森林覆盖率、地形指数和气候类型作为流域水文模型识别的输入指标,进而采用层次分析法识别适用于各研究流域洪水模拟的水文模型。洪水模拟结果表明:所建立的流域水文模型识别指标体系有代表性,所识别的水文模型可很好地反映流域的产汇流特性。     

水文生态学与生态水文学的区别与联系

通过对国内外水文生态学与生态水文学各自定义变迁等发展历程的回顾,分析了两者的区别与联系,指出水文生态学与生态水文学在最初定义与研究时各有侧重,但随着研究的推进和认识的加深,两者关注领域逐渐接近和重叠。认为水文生态学的研究更加系统,研究范围清晰,其中包含了生态水文学的研究内容。水文生态学是一门旨在打破学科专业界限、以跨学科研究理念为指导,研究以水为主体的不同类型、不同层次和不同时空尺度上的生态系统中,水文学物理过程与生态学生物进程相互作用、共同进化内在机制的学科。因此,两者应统一为同一学科,以学科交叉的理念为指导,由跨学科团队进行研究。