概念性水文模型与分布式水文模型的结合——以新安江模型和TOPMODEL模型的互补为例

概念性水文模型的参数通过率定降雨径流关系求得，是流域总体状况的反映，如新安江模型流域蓄水容量曲线是一个集合的统计积分表达式，不能揭示流域具体位置的土壤水分状态。分布式水文模型显式地表达流域内部水文状态，如TOPMODEL模型将流域内各点的地下水埋深、补给和出流表达为湿度指数函数，但模型的假定使得该函数并不适用于流域内每一点。本研究结合新安江模型双抛物线型蓄水容量曲线与湿度指数饱和蓄水容量曲线，利用降雨径流资料和地形数据，将土壤水分模式划分为饱和区、非局域控制区（较湿润区）和局域控制区（较干燥区），从而确定TOPMODEL模型的适用范围和改进方向。探讨对湿度指数饱和蓄水容量曲线适线，确定双抛物线型蓄水容量曲线的可能性，从而拓展新安江模型应用于实测资料稀缺的流域。需要解决的关键问题：在流域尺度上，对土壤参数和水分状况进行取土测定，以验证双抛物线型蓄水容量曲线和检验湿度指数土壤缺水量的计算。

概念性水文模型的参数通过率定降雨径流关系求得，如新安江模型流域蓄水容量曲线是一个集合的统计积分表达式，不能揭示流域具体位置的土壤水分状态；分布式水文模型显式地表达流域内部水文状态，如TOPMODEL 模型将流域内各点的地下水埋深、补给和出流表达为湿度指数函数，但模型的假定使得该函数并不适用于流域内每一点。.本研究以泗合水流域为研究对象，对流域土壤剖面水分、土壤容重、饱和含水率、土壤饱和水力传导度等参数进行野外测定，对流域的原状土质地和水分特征曲线进行了实验室测定，同时对流域内典型植被根系进行野外调查。采用Mann-Kendall检验法和重标极差法（R/S）分析1965-2010年期间泗合水流域全年及年内各时期的降雨量、蒸发量和径流量时间序列变化趋势及其持续性，表明径流在一定程度上受人类活动影响，但尚在一定的范围内；实验测得泗合水流域的平均土壤容重1.45 g/cm³、饱和体积含水率43.1%、体积田间持水率36.4%和体积残余含水率27.2%，土壤水分是影响容重剖面分布的重要因素之一，对容重分布具有42%的解释能力。典型植被根系调查发现，4年龄桉树和幌伞枫的根系大多分布在80cm深度土层之上，桉树根表面积对土壤水分的垂直分布具有82%的解释能力。使用有序聚类法、地统计学和半变异函数球状模型，对不同地面植被雨、旱两季实测的土壤剖面水分分布分析，泗合水流域包气带土壤水分可划分为表土层（0-20cm）、根系层（20-70cm）、基质势层（70-120cm）、地下水位影响层（120-200cm）和地下水位层（>200cm）五个土层区间。流域土壤有效包气带厚度为从地面到土壤水分零通量面，与植被和土壤类型有关，在泗合水流域平均约为120cm，流域土壤蓄水容量即为这一区间土壤剖面含水率季节差。进一步完善了BTOPMC/SCAU分布式流域水文模型，开发了钟向宁河宽模型，实现BTOPMC/SCAU模型的扩展和多核并行计算，在产流模块中，增加了度-日指数积雪/融雪模型、Green-Ampt超渗产流模型，应用SCE-UA全局最优化方法对BTOPMC/SCAU分布式水文模型进行改进，实现了BTOPMC/SCAU模型参数的自动率定，提高了模型应用效率和模拟精度。采用了数据层、模型层、通信层、数据表达层和用户操作层，按客户端/服务端运行环境，设计了较完整的BTOPMC/SCAU计算机模型系统。