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水 利 学 报

2022 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2022）04-0456-15

基于水循环的分布式水资源调配模型开发与应用

杨明智 ，许继军 ，桑连海 ，刘 强 1，2
1，2
1，2
1，2
（1．流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室 长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 430010；
2．长江水利委员会 长江经济带保护与发展战略研究中心，湖北 武汉 430010）

摘要：自以水循环为基础的水资源动态配置模式提出以来，一批基于耦合分布式水文模型的水资源配置模型被先
后提出，但其采用的耦合方法往往忽视了经济社会用水过程与天然水文过程之间的动态反馈作用。本文通过改进
SWAT 模型，并嵌合水资源配置模块，开发了基于水循环的分布式水资源调配模型（Water resources allocation and
regulation model based on the SWAT，SWAT-WARM），从模型结构、耦合方法、配置规则等方面系统描述了模型
的双向耦合原理。以唐河流域为例开展模型的构建与应用研究，采用包含河道流量过程、特征频率径流总量、国
民经济用水量和水资源开发利用量的多指标校验方法验证模型的性能，在此基础上，分析了不同时空尺度的水资
源配置结果以及全流域年度水循环转化情况。分析结果表明，该模型通过分布式水文模拟和水资源配置模拟的动
态结合，能够描述“自然-社会”水资源复杂系统的实时互馈过程，可为流域水资源精细化管理提供技术支撑。
关键词：水资源调配；二元水循环；双向耦合；水资源管理；SWAT 模型
中图分类号：TV213 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210759

1 研究背景

长期以来，国内外对水资源配置的实践和研究一般是通过还原实测径流、评估天然水资源量的
方式进行水量分配，而随着社会取用水量的加大，需要还原的水资源量占比逐渐加大，还原法所产
生的误差已经难以被忽略 ［1-2］ 。并且，传统的水资源配置一般采用集总式配置方法。在空间上，忽略
计算分区内自然地理条件和经济社会参数的空间差异性，均化了分区的下垫面和人类活动强度空间
［3］
特性，不利于基层单元的水资源管理 ；在时间上，一般采用逐月配置的模式，不能实时响应水资源
［4］
的动态变化对水资源配置的影响 。
随着分布式水文模型的发展日渐成熟，一些学者提出了以水循环为基础的水资源动态配置模
［5］
式。赵勇等 将平原区分布式水循环模型（PDWCM）与广义水资源合理配置模型（GWRAM）耦合，采
［6］
用分解和聚合的方式进行信息交互，实现了“自然-社会”水循环的全过程模拟。张洪刚等 利用 NAM
模型模拟流域水文过程，并将径流转化到 MIKEBASIN 模型所划分的各分区单元，实现了集总式水文
［7］
模型与水资源配置模型的耦合，并对汉江流域进行水资源配置研究。陈强等 通过改进 SWAT 模型，
建立水文响应单元与配置分区的空间拓扑关系，对水资源配置结果进行时空展布，实现了 SWAT 模
［8］
型与水资源配置模型的松散耦合，计算了天津 13 个区（县）的农业灌溉水量。张守平 通过时空展布
方式，将以水资源三级区套地市为单位的配置分区数据传输到以子流域高程带划分的计算单元上，
实现了集总式水资源配置模型与分布式水循环模型 WEP-L 的耦合，并进行了渭河流域水量水质联合
［9］
配置研究。吕伟 将水资源配置信息进行尺度转换，实现与 MIKE SHE 灌溉模块的信息交互，构建了
收稿日期：2021-8-22；网络首发时间：2022-03-06
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220302.1413.001.html
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基金项目：国家自然科学基金长江水科学研究联合基金项目（U2040212）；中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（CKSF2021440/SZ）
作者简介：杨明智（1990-），博士，工程师，主要从事流域水循环及伴生过程模拟与调控研究。E-mail：mzyang199006@163.com
通讯作者：许继军（1971-），博士，教授级高级工程师，主要从事流域水资源战略、规划与管理研究。E-mail：xujj07@163.com
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