热带环境Akaki流域地下水补给与水平衡动态的WetSpass-M模型量化研究

本研究针对埃塞俄比亚Akaki流域地下水补给量化难题，采用WetSpass-M模型集成多源数据（FAO-Penman-Monteith/GLEAM PET、Landsat 8 LULC等），首次揭示该流域年补给量达248-323 mm（占降雨21%-28%），发现Legedadi与Gefersa子流域对PET数据响应相反，模型验证指标NSE达0.93-0.94。研究为热带季节性流域水资源管理提供高精度评估范式，成果发表于《Environmental and Sustainability Indicators》。

　　

在气候变化与人类活动双重压力下，热带地区地下水资源的可持续管理面临严峻挑战。埃塞俄比亚Akaki流域作为典型的热带季节性水文系统，其地下水补给机制长期受制于数据稀缺性和模型不确定性。传统研究在补给量估算上存在高达158 mm的差异，而快速城市化进程更使得流域水循环过程日趋复杂。这一科学难题直接关系到首都亚的斯亚贝巴200万人口的供水安全，凸显开展精准量化研究的紧迫性。

研究人员采用国际先进的WetSpass-M分布式水文模型，创新性地整合了多尺度数据源。气象数据来自5个站点20年观测记录，通过逆距离加权法(IDW)空间插值；土地覆被分类基于30米分辨率Landsat 8影像，土壤数据源自ISDASoil全球数据库；特别引入FAO-Penman-Monteith与GLEAM两种潜在蒸散发(PET)算法进行对比研究。模型校准采用17年径流观测数据，基流分离应用Eckhardt数字滤波法，最终建立包含截留系数、LP系数等关键参数的优化体系。

长期月尺度空间补给特征
研究首次绘制了流域尺度月分辨率补给空间分布图，揭示7-8月雨季贡献全年60%补给量（150-182 mm）。值得注意的是，GLEAM数据使Akaki主流域补给量从248 mm增至256 mm，而地质构造复杂的Gefersa子流域却出现反常下降（323→307 mm），暗示局部水文地质条件对PET算法的敏感性。

水平衡组分动态响应
水平衡分析显示，FAO方案下流域水分分配为AET(43%)-径流(36%)-补给(21%)的格局。GLEAM数据使Legedadi子流域径流占比提升3个百分点，印证了半干旱区水文过程对蒸散发估算的敏感性。水均衡误差从-1.18降至-0.72，验证了全球蒸发产品在数据稀缺区的应用优势。

模型性能验证
多指标验证体系显示，流域尺度模拟性能最优（NSE=0.94，KGE=0.95），但子流域尺度存在季节性偏差。基流模拟在9-10月出现系统性低估，反映模型对裂隙基岩区雨后退水过程的刻画仍需改进。值得注意的是，Gefersa子流域虽参数敏感性较低（R²=0.90），但其地形平缓特征使补给估算误差控制在7.6%以内。

这项研究开创性地实现了热带季节性流域地下水补给的空间显式量化，其创新价值体现在三个方面：首先，双PET算法对比揭示了气候产品选择对补给估算的边际效应（±8 mm）；其次，30米分辨率的地形-土壤-植被耦合建模为异质性地表过程模拟设立新标准；最后，建立的参数优化体系（α系数1.5、β系数0.75）可直接移植至类似气候区。研究成果不仅为埃塞俄比亚《国家水资源规划》提供科学依据，其"全球数据本地化校正"的方法论更对发展中国家水文建模具有范式意义。未来研究需重点突破旱季水文过程模拟，并融合InSAR技术验证补给空间格局，以应对气候变化下的水资源管理挑战。