地表-地下过程耦合的数值水文模型综述

Abstract

水文模型是利用数学公式对水文循环过程的描述, 是理解自然界水的时空运动和分布规律的重要工具; 它不仅可以利用观测数据来验证理论的可靠性与适宜性, 还能预测水文变量未来趋势, 实现理解自然与预测自然的目的. 随着计算方法的快速发展、观测与试验手段的持续更新, 目前基于物理过程的地表-地下过程耦合的数值水文模型快速发展. 这种模型以微观尺度的守恒原理和物理公式为基础, 利用数值方法将地表和地下水流进行耦合计算, 从而模拟流域尺度水文响应过程. 由于其物理过程明确、时空分辨率高且利于学科耦合, 数值水文模型已成为水文模型发展的前沿和主流方向之一. 本文阐述了地表-地下过程耦合数值水文模型的理论基础, 从模型框架、数值求解方法、空间表达和耦合算法等方面对比和分析了当前主流数值水文模型, 同时与传统水文模型比较, 厘清了数值水文模型的优劣势, 探讨了未来数值水文模型发展的方向.