基于建模环境的内陆河流域水文-陆面过程模型集成研究

由于地表过程要素（能量组分、水文循环、生态等要素）的相互作用和影响，其反馈机制较为复杂，提出要求综合地使用各种模型进行科学管理的目标。本项目针对复杂地表过程的系统综合问题，在模块化的集成思路下，采用可视化、构件化、高性能计算等技术，完成支持模型集成的建模环境实现；并在建模环境支持下，以流域尺度水和生态问题为中心，选择国内外广泛应用成熟度高的陆面过程、水文水资源、生态、生物化学等学科模型，对其自然过程的相互作用进行模型集成的可行性研究，建立流域尺度不同生态系统条件下的水文－陆面过程耦合模型；以中国西北干旱半干旱内陆河黑河流域作为典型研究区域，形成流域尺度的地表过程集成模型实例，评价干旱半干旱内陆河流域未来气候、土地利用、人类活动变化情景对流域水文循环和生态环境的影响。

针对复杂地表过程的综合建模问题，本项目在模块化的集成思路下，以流域尺度水和生态问题为中心，对其自然过程的相互作用进行模型集成的可行性研究，遴选国际上广泛应用且成熟度高的模型，拆分并封装这些模型形成模块，针对不同科学目标集成封装的模块建立流域尺度生态—水文过程集成应用模型；并进一步通过集成先进的数值分析算法（敏感性分析、参数估计优化、数据同化、模型校正和验证等算法），增强模型集成模拟分析和解决科学问题的能力。项目以中国西北干旱半干旱内陆河黑河流域作为典型研究区域，形成了流域尺度的地表过程集成模型实例：① 在对黑河上游山区自然产水区的产汇流机理的研究的基础上，基于建模环境建立了模块化的黑河流域上游产汇流过程模型， 预测及分割了黑河上游出山口径流量。② 针对干旱半干旱区黑河中游盆地地表水和地下水频繁转化问题，基于建模环境耦合了河道模型DAFLOW/非饱和带水文模型UZF/饱和带水文模型MODFLOW，并结合GIS和遥感技术建立黑河中游盆地地表水/地下水转化的集成模型。③ 针对黑河中游的农业耗水，优化灌溉用水问题，基于建模环境耦合了荷兰瓦赫宁根大学的作物生长模型WOFOST、美国盐分实验室的包气带水文模型HYDRUS和美国地质调查局的三维地下水模型MODFLOW，建立了黑河中游农业—水文过程集成模型。