基于WALRUS改进模型的平原典型圩区水文过程模拟

Polder hydrological processes directly affect the drought and flood, the optimized water-allocation of Yangtze plain as well as the water quality in downstream lakes. Influenced by nature and human activities, it has complicated hydrology processes within the polder, frequent water exchange between the polder and its surrounding water bodies, which greatly increase the difficulty of modeling task. To better describe the hydrological processes of Chinese lowland polder, the WALRUS model will be improved including the improvement of farmland evapotranspiration and polder drainage modules, increase of internal- external polder water exchange module and crop yield forecasting module. Based on the observed hydro-climatic data from Jianwei polder, the improved WALRUS model is employed to simulate the multi-variables of polder hydrological processes, to analyze the main hydrological elements change during the heavy rainfall event and different seasons, and to explore the mechanism in the response of main hydrological processes to agricultural water management. This study is expected to make some important progresses in the polder hydrological model construction, model parameters, and simulation technique. It can provide technical support and scientific basis for polder hydrological forecasting and optimal water management.

圩区水文过程直接影响到长江中下游平原区的旱涝灾害、水资源优化配置以及湖泊水文水质状况。受自然因素和人类活动双重作用的控制，平原圩区表现出圩内水循环过程复杂，圩内外水流交换频繁等特点，成为水文模拟的难点。针对荷兰平原区WALRUS模型在南方圩区模拟中的不足，拟对其进行改进和扩展，包括改进农田蒸散模块和圩区出口排水模块，加强对频繁灌排水背景下水田蒸散过程的模拟和出口排水模式的准确识别；增加圩内地下水与圩外河道水流交换模块和作物产量预报功能。在试验区尖圩野外水文监测的基础上，利用改进后的模型对圩区水文多要素进行模拟与验证，分析在强降雨事件和不同季节下水文多要素的变化规律，并探讨圩区水文循环过程对农业水务管理措施的动态响应机制。该研究可望在圩区水文模型构建、参数、模拟技术等方面取得重要进展，为圩区水文预报和水资源优化管理提供技术支撑和科学参考。

圩区广泛分布于南方平原河网区，其降雨-径流过程直接影响到整个平原河网区的旱涝灾害、水资源优化配置以及下游湖泊的水生态环境状况。由于平原圩区圩内水循环过程极为复杂，圩内外水流交换频繁，成为水文模拟的难点。因此开展平原圩区的水文过程与模型研究具有十分重要的理论意义与实际应用价值。本研究选取太湖流域西北部的常州溧阳尖圩作为研究区，进行圩区水文过程多要素监测，改进和扩展WALRUS模型对南方平原圩区精细模拟的能力和水平，模拟平原圩区水文过程与物质输移过程，揭示圩区水文调控作用与机制。主要研究内容和结论如下：. （1）通过布设野外监测点位和在线监测仪器，开展圩区水文多要素监测与基础数据收集工作，创建了较为完整的气象、水文、水质、土地利用、地形、土壤理化性质、农耕施肥、水务管理等关键要素数据集，为模型改进与构建提供了数据支撑。. （2）通过耦合作物系数-参考作物蒸散量法和蒸散互补原理模拟，增加圩内地下水与圩外河流水量交换模块，改进圩区出口排水模块等方法改进平原圩区WALRUS模型。在参数敏感性分析和优化算法自动率定参数的基础上，运用改进WALRUS模型对平原圩区水文过程进行模拟。结果表明改进后的模型，对圩区径流和水域水位均取得较好的模拟效果，率定和验证期的径流NS值分别达到了0.88和0.82，R2均大于0.82。. （3）基于情景模拟分析与对比，探讨了圩区水务管理对水文过程与营养盐输移过程的影响与机制。结果相对于自然出流单元，圩区可调蓄径流，促使曲线呈“陡峰低谷”特征。磷收支平衡表明圩区生态系统能够拦截吸附磷素为5.5 kg/hm2/yr，可有效减少周边河网湖泊的水环境污染负荷。. 构建适合平原圩区的水文模型是提高洪涝平原区流域水文模拟精度的关键，可为圩区水文预报、水资源评估与水环境治理提供有力工具。圩区水文调控作用与机制的揭示更为平原区水资源的规划管理与生态恢复提供了科学支撑。.