动态识别产流机制与双源人为干扰的分布式水文模型GHydroMod-SIM-DAI的开发与应用

本文推荐一款创新性分布式水文模型GHydroMod-SIM-DAI（Gridded Hydrological Model for dynamically recognizing Saturation-Excess and Infiltration-Excess Mechanisms and accounting for aboveground and underground Dual Anthropogenic Interception），该模型突破性地实现了时空维度产流机制（SIM）动态识别，通过"地下水库"模块刻画地下水超采影响，改进地表/河道汇流方法以反映再入渗（re-infiltration）及中小型水库截留效应。在华北典型半湿润流域清水河的验证中，模型对洪峰流量、径流深等关键指标模拟通过率达75-100%，为强人类活动干扰流域的洪水预报提供了新范式。

　　

Highlight

GHydroMod-SIM-DAI模型的创新结构与卓越模拟性能，彰显了其在类似流域应用的巨大潜力。该模型首次提出能动态识别饱和超渗（Saturation-Excess）与入渗超渗（Infiltration-Excess）机制的产流框架，通过"地下水库"模块精妙刻画地下水超采对产流过程的影响。改进的地表汇流方法考虑再入渗现象，而基于"地上水库"模块的河道汇流方法则有效捕捉中小型水库的截留效应。

Study area and data

研究选取海河流域大清河水系的清水河流域（约1650 km²）作为典型半湿润过渡带。该区域自1980年代以来因平原区地下水超采导致水位持续下降，同时地表覆盖以农田和人造地表为主。模型验证采用1992-2015年间6场暴雨洪水事件数据，空间分辨率达1 km。

Analysis of underlying surface and flood processes

基于GISA（Grid Impervious Surface Area）分析显示，1992至2015年间网格不透水面积比例从2.7%增至15.8%，而地下水超采导致包气带增厚达12-35米。典型洪水过程分析表明，传统模型难以捕捉因人为干扰导致的洪峰延迟（平均滞后3.2小时）和径流系数降低（减少29-46%）现象。

Conclusion

面对复杂产流机制与强人类活动的双重挑战，本研究开发的GHydroMod-SIM-DAI模型实现了三大突破：1）首创时空动态机制识别框架；2）通过"双水库"模块量化地上/地下人为干扰；3）改进张力水容量（WM）与自由水容量（SM）的先验估算方法。在清水河流域的验证中，模型对洪峰流量的改进幅度最大（较基准模型提升42%），其次是径流深模拟（提升31%）。特别是张力水容量的新型估算方法展现出更显著的性能提升，为半湿润区洪水精准预报提供了方法论创新。