基于GSMaP卫星降雨数据与HEC-HMS土壤水分核算法的离流式水库建模及其在印尼干旱缓解中的应用

本研究针对印尼半干旱地区传统雨水收集技术（如Embung）容量有限且易淤积的问题，创新性地结合GSMaP卫星降雨数据和HEC-HMS模型的土壤水分核算（SMA）方法，模拟离流式水库的水文性能。结果表明，优化后的模型可支持5063名居民5个月的家庭用水及10公顷园艺灌溉需求，为缺乏地面降雨数据的地区提供了可靠的水资源管理方案。

　　

在印尼东努沙登加拉省的半干旱地区，气候变化导致雨季缩短、干旱频发，传统的小型雨水收集池（Embung）因容量不足和严重淤积问题，难以满足当地居民和农业的水资源需求。这种困境促使研究人员探索更高效的水资源管理方案。离流式水库（off-stream reservoir）因其选址灵活、淤积少的特点成为潜在解决方案，但其在当地的适用性缺乏系统性评估。为此，来自印度尼西亚的研究团队开展了一项创新研究，结合全球卫星降水测量（GSMaP）数据和Hydrologic Engineering Center's Hydrologic Modelling System（HEC-HMS）模型，首次在该地区建立了离流式水库的降雨-径流综合模型，相关成果发表在《Kuwait Journal of Science》上。

研究团队采用了多学科交叉的技术方法：通过ArcGIS处理30米分辨率的数字高程模型（DEM）划定流域边界；利用2014-2021年GSMaP卫星降雨数据（水平分辨率0.1°）作为主要输入；采用HEC-HMS的土壤水分核算（Soil Moisture Accounting, SMA）算法进行连续径流模拟；并基于Manikin流域的水位观测数据建立评级曲线验证模型精度。

3.1 敏感性分析
通过调整HEC-HMS的18个参数，发现土壤渗透率（soil percolation）、土壤储水量（soil storage）和滞时（lag time）对模型输出影响最显著。其中土壤渗透率每增加0.1 mm/hr，Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）提升15%，揭示了半干旱地区土壤水分动态对径流形成的关键作用。

3.2 模型校准与验证
校准期（2014-2017年）结果显示，尽管R²
（0.18）和NSE（-1.83）未达标，但百分比偏差（PBIAS=4.01%）达到"优秀"标准；验证期（2018-2021年）所有指标均达标（NSE=0.48，R²
=0.56），证实GSMaP数据与SMA方法组合的可行性。值得注意的是，2021年热带风暴"Seroja"期间的峰值径流模拟（25.25 m³
/s）与实测数据高度吻合。

3.3 离流式水库性能
模拟显示：在丰水年（2021年），水库可维持5个月3周的供水，满足5063人日均60升需求及10公顷园艺灌溉（CROPWAT 8.0计算）；即使在枯水年（2016年），仍能保障4个月3周的供水。水库设计容积108,866 m³
通过10公里引水渠从Manikin流域分流50%径流实现，其蒸发损失（202-230 mm/月）可通过浮动光伏板等创新方案缓解。

讨论与意义
该研究首次验证了GSMaP数据在印尼半干旱地区连续水文模拟中的适用性，突破了传统观测数据短缺的限制。离流式水库方案相比Embung减少淤积风险，且能补给下游地下水（如Penfui和Naimata村庄的井水）。研究为"存储-下渗-回用"的水资源管理新范式提供了技术支撑，对应对气候变化加剧的干旱具有重要实践价值。未来需扩大卫星数据验证范围，并探索与其他GPM产品（如IMERG）的协同应用。

这项成果不仅为印尼地方政府建设抗旱基础设施提供了科学依据，其"卫星数据+开源模型"的技术路线更可为全球缺数据地区的水资源规划提供范本。随着极端气候事件频发，这种低成本、高适应性的解决方案将在可持续发展目标（SDG 6）实现过程中发挥关键作用。