淮河流域浅层地下水对陆面水文过程的影响机理研究

地下水是陆面水文循环的重要环节，在陆气相互作用中扮演着不可忽视的角色；作为人类社会用水的重要水源，地下水长期受到人类活动开采利用的影响，改变着流域陆面水热过程。本项目以淮河流域为研究对象，基于地理信息系统构建流域基础参数库，分析处理气象水文站、地下水和社会用水等资料。根据物理机制和实验站潜水蒸发实验数据分析，从土壤水方程和二维地下水方程的边界条件和源汇项出发，提出浅层地下水与土壤水耦合方案；在现有陆面-水文模型（LSX-HMS）的基础上，增加土壤垂直分层，集成地下水土壤水耦合方案，发展新的陆面水文耦合模型；利用新发展的模型，定量评估不同年际和季节地下水对土壤水分的影响及反馈，进而评估耦合地下水后，土壤水分的改变如何影响流域地表下渗、产流和蒸散发等物理过程，以及对河道流量的影响。研究成果将在分布式水文模拟、陆气耦合领域取得创新，为区域水资源安全提供技术支撑，为多学科交叉发展提供借鉴。

在本项目的支持下，根据任务书的研究内容和目标，开展了系统的研究工作，完成项目的预期目标。取得研究成果主要有（1）通过五道沟实验站1997-2005年的实测土壤水、地下水等资料分析，发现土壤水分运动在年际和季节尺度上受下边界条件（即地下水位）影响显著。（2）基于网格累计流，提出了DEM升尺度算法，显著降低了DEM升尺度过程中地理信息衰减速度；根据地貌学经验公式，构建淮河流域的流域基础参数库。（3）在实验资料和物理机制分析的基础上，从土壤水方程和浅层地下水方程的边界条件和源汇项出发，提出了陆面水文过程模拟的浅层地下水和土壤水耦合方案。（4）在现有陆面-水文模型的基础上，消除网格尺度差异，引入深层非饱和带概念，增加土壤垂向分层，集成提出的浅层地下水-土壤水耦合方案，发展建立了新一代陆面水文耦合模型CLHMS，实现了地表植被、积雪、河流、土壤和地下水等关键模块间的双向耦合反馈。（5）利用新发展的陆面水文耦合模型，定量评估了浅层地下水对土壤水、地表产流、蒸散发、河道流量的影响，并评价了下垫面植被变化对陆面水分能量过程的影响。. 在本项目的支持下，发表论文15篇（含录用），其中SCI检索论文9篇，Ei检索论文3篇，参加国内外学术会议5次，获得省部级奖励1项，授权国家发明专利1项。所提出的浅层地下水土壤水耦合方案和建立的陆面水文耦合模型及参数库被德国卡尔斯鲁厄理工学院、科隆大学、美国沙漠研究院和中国科学院大气物理研究所等国内外科研院校采用。