基于径流与蒸散发双变量校准的SWAT模型在森林水源涵养时空变异研究中的应用

针对传统SWAT模型单一径流校准无法准确量化森林水源涵养的问题，研究人员通过水平衡原理校正蒸散发（ET）产品，构建径流-ET双变量校准的SWAT模型，揭示了福建山美水库流域（SMRW）森林水源涵养量（574.05 mm）及空间分布特征（东高西低），为流域生态水文管理提供新方法。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，森林水源涵养功能的稳定性面临严峻挑战。作为地球最大生态系统之一，森林通过调节水循环发挥着防洪抗旱、维持河流流量等重要功能。然而，传统评估方法存在明显局限：野外实验难以推广到大尺度，而广泛应用的InVEST模型因简化水文过程（如仅支持年尺度模拟）无法满足复杂下垫面流域的需求。尽管基于SWAT模型的研究逐渐兴起，但其单一径流校准模式可能导致蒸散发（ET）等关键水文过程模拟失真，影响水源涵养量计算的可靠性。

为解决这一难题，福建师范大学的研究团队以中国东南沿海山美水库流域（SMRW）为案例，创新性地提出"径流-ET双变量校准"的SWAT模型优化方案。研究首先通过水平衡原理对三种ET产品（SSEBOP、FLDAS和Synthesize）进行区域性适用校正，确定当水文序列长度≥11年时流域蓄水变化可忽略，校正后ET产品误差<1%。在此基础上构建的双变量校准模型显著提升了日径流和ET时空变化的模拟精度，其中FLDAS ET的改进效果最佳。应用该模型发现：2005-2016年SMRW森林年均水源涵养量为574.05 mm（涵养系数0.31），呈现"东西高、中部低"的空间格局，降水量与林地面积是主要影响因素。

关键技术方法包括：1）基于水平衡的ET产品校正（使用11年水文序列）；2）SWAT模型双变量校准（径流与校正后ET）；3）水文响应单元（HRU）尺度的水源涵养量计算。

主要研究结果：

1. ET产品校正合理性：当水平衡分析时段≥11年时，流域多年蓄水变化可忽略，校正后ET产品相对误差<1%，FLDAS ET性能最优。
2. 模型性能提升：双变量校准使日径流Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）提高至0.82，月ET模拟R²达0.91，显著优于单一径流校准。
3. 水源涵养特征：森林年均截留降水574.05 mm，空间异质性与地形和森林分布密切相关，证实双变量校准能更合理反映水文过程。

该研究通过创新性的双变量校准方法，首次在SWAT模型中实现ET过程与径流的协同优化，为精准量化森林水源涵养时空变异提供了新范式。成果发表于《Agricultural and Forest Meteorology》，不仅为东南沿海流域水资源管理提供科学依据，其提出的11年水文序列阈值和ET产品校正框架，更对全球变化背景下的生态水文研究具有普适指导意义。研究建立的"产品校正-模型优化-机制解析"技术链条，为应对气候变化下的水安全挑战提供了可推广的工具支撑。