上篇 原理与方法 3
第1章 概述 3
1.1研究背景与意义 3
1.1.1流域水循环的“自然—社会”二元特征及其效应 3
1.1.2研究意义 3
1.1.3关键科学问题 4
1.2国内外研究动态与趋势 4
1.2.1变化环境下的水循环机理和演变规律研究 4
1.2.2基于物理机制的分布式流域水文模型研究 5
1.2.3水循环过程与水生态及水环境演变相互作用机制研究 6
1.2.4大气过程—陆地水文过程耦合研究 6
1.2.5社会水循环研究 7
1.3研究目标 7
第2章 流域二元水循环模型总体结构 9
2.1模型总体结构及功能 9
2.1.1模型总体结构 9
2.1.2模型功能 10
2.2各模型简介 10
2.2.1分布式流域水循环及其伴生过程模拟模型（WEP-L） 10
2.2.2多目标决策分析模型（DAMOS） 11
2.2.3水资源配置模型（ROWAS） 14
第3章 流域水循环过程模拟方法 16
3.1大气过程模拟 16
3.1.1大气环流模式（GCM） 17
3.1.2海气耦合模式 20
3.1.3陆面过程模式 21
3.1.4区域气候模式 22
3.1.5降尺度方法 23
3.2陆地水循环过程模拟 24
3.2.1蒸发蒸腾 24
3.2.2入渗 27
3.2.3地表径流 28
3.2.4壤中径流 30
3.2.5地下水运动、地下水流出和地下水溢出 30
3.2.6坡面汇流和河道汇流 31
3.2.7积雪融雪过程 32
3.2.8空气动力学阻抗与植被群落阻抗 33
3.2.9土壤水分吸力关系与非饱和导水系数 34
3.3陆地能量循环过程模拟 34
3.3.1地表能量平衡方程 34
3.3.2短波放射 35
3.3.3长波放射 36
3.3.4潜热通量 38
3.3.5显热通量 38
3.3.6地中热通量 38
3.3.7人工热排出量 38
3.4平原区地下水数值模拟 38
3.4.1潜水 39
3.4.2承压水 39
3.4.3模型数值求解 40
第4章 流域水环境过程模拟方法 42
4.1点面源污染过程模拟 42
4.1.1点污染源量的估算 42
4.1.2非点污染源量的估算 44
4.2基于水动力学的河湖水系水质模拟 46
4.2.1河湖水环境系统模拟基本方程 46
4.2.2数值求解与联解 47
4.3基于物质平衡原理的流域水质模拟 61
4.3.1流域水质模型的基本要求 61
4.3.2污染物入河量的估算 62
4.3.3流域水质模型的实现 64
4.4平原区地下水水质模拟 70
4.4.1地下水溶质迁移转化方程 71
4.4.2数值法求解 71
第5章 流域水生态过程模拟方法 72
5.1概述 72
5.2陆地生态水文模拟 72
5.2.1 BIOME-BGC植被生态模型 72
5.2.2植被生态模型与水文模型的耦合 80
5.3作物生长模拟 81
5.3.1 WOFOST作物生长模型 82
5.3.2分布式作物生长模拟 84
第6章 流域水资源调控与多目标决策 87
6.1水资源调控原则 87
6.2多目标决策方法 87
6.2.1主要原理 88
6.2.2主要模块描述 88
6.2.3多目标决策方法 94
6.3水资源配置方法 97
6.3.1水资源配置的概念 97
6.3.2水资源配置的方法 97
6.3.3水资源配置结果的评价 100
6.3.4 ROWAS模型基本构架 100
第7章 流域水循环及其伴生过程综合模拟系统集成 103
7.1二元水循环模型耦合关系 103
7.2综合模拟系统集成 106
7.2.1系统总体构架 106
7.2.2系统的特点 107
7.2.3关键技术 107
7.3系统界面与功能 110
7.3.1通用数据管理界面 110
7.3.2系统界面及主要菜单 113
7.3.3系统的创新点 122
下篇 海河流域应用 125
第8章 海河流域概况 125
8.1自然地理与水文气象 125
8.2高强度人类活动特点 125
8.3主要水问题 128
第9章 基础信息采集与时空展布 131
9.1基础信息分类与采集 131
9.1.1信息分类 131
9.1.2采集信息描述 131
9.2计算单元划分 140
9.2.1划分考虑因素 140
9.2.2计算单元划分 141
9.3水文气象信息时空展布 143
9.3.1气象要素时空展布方法 143
9.3.2降水插值结果 145
9.3.3其他气象要素插值结果 145
9.4土壤水动力学参数 147
9.5社会经济信息时空展布 151
9.5.1人口数据时间空间化 152
9.5.2 GDP数据时间空间化 155
9.5.3畜禽养殖量时间空间展布 157
9.6用水信息时空展布 157
9.6.1生活用水的时空展布 158
9.6.2工业用水的时空展布 158
9.6.3农业用水的时空展布 158
9.6.4用水数据展布结果示例 161
9.7水污染信息时空展布 165
第10章 水循环模拟与验证 168
10.1参数敏感性分析与参数优化 168
10.1.1模型优化参数 168
10.1.2 LH-OAT全局参数敏感性分析方法在宽城以上流域的应用 169
10.1.3 SCE-UA全局参数优化方法在宽城以上流域的应用 171
10.2河道径流模拟验证 172
10.2.1采用参数优化法对河道径流模拟结果的验证 172
10.2.2采用试错法对河道径流模拟结果的验证 175
10.3地下水模拟验证 177
10.3.1研究区含水层组情况 178
10.3.2含水层组的发育程度 179
10.3.3地下水位动态特征 180
10.3.4海河流域地下水系统划分 181
10.3.5地下水系统补给、径流和排泄 182
10.3.6海河平原地下水模型构建 183
10.4基于遥感ET的数据同化 187
10.4.1数据同化 187
10.4.2遥感反演ET算法——SEBS 188
10.4.3数据同化算法 189
10.4.4数据同化结果分析 191
10.4.5小结 193
第11章 水环境模拟与验证 194
11.1流域水质模型验证与应用 194
11.1.1污染源计算 194
11.1.2水质模型校核与验证 195
11.2河湖水动力学水质模型验证与应用 198
11.2.1滦河流域概况 199
11.2.2基础数据准备 201
11.2.3模型的验证 201
11.2.4模型的应用 205
11.3流域地下水质模型 209
11.3.1模型构建 209
11.3.2模型率定 211
第12章 水生态模拟与验证 219
12.1陆地生态水文模拟与验证 219
12.1.1模型输入数据与参数 219
12.1.2模拟结果验证 221
12.2作物生长模型模拟与验证 222
12.2.1冬小麦田间试验研究方法 222
12.2.2模型参数调整方法与步骤 224
12.2.3作物生长参数敏感性分析 225
12.2.4模型参数率定 225
12.2.5模型参数验证 227
12.2.6流域模拟输入数据的整理 228
12.2.7流域模拟结果验证 229
12.2.8流域模拟结果分析 230
第13章 海河流域水循环及其伴生过程历史演变分析 233
13.1水循环要素演变检测及下垫面变化分析 233
13.1.1水循环要素演变检测 233
13.1.2下垫面演变分析 244
13.1.3社会经济与用水发展分析 246
13.2流域水资源评价与演变规律 246
13.2.1水资源评价 246
13.2.2水资源演变驱动因子分析 247
13.2.3水资源演变规律 249
13.3流域水循环及水资源演变归因分析 257
13.3.1基于指纹的归因方法 258
13.3.2归因情景设置 258
13.3.3海河流域水循环要素演变的归因分析 260
13.3.4海河流域狭义水资源量演变的归因分析 266
13.4流域水环境演变规律 269
13.4.1海河流域水污染现状 269
13.4.2海河流域污染源排放情况分析 270
13.4.3海河流域地表水环境演变规律 276
13.4.4海河流域地下水环境演变规律 280
13.5流域生态演变规律 281
13.5.1农业生态演变规律 281
13.5.2自然植被生态演变规律 284
第14章 海河流域水循环及其伴生过程未来演变情景分析 288
14.1气候变化预估 288
14.2海河流域水循环与水资源演变预估 295
14.2.1情景设定 295
14.2.2水量调控下的水循环及水资源演变预估 299
14.2.3气候变化下的水循环及水资源演变预估 306
14.3海河流域水环境演变预估 308
14.3.1未来水平年水环境承载能力预估 308
14.3.2未来水平年水污染控制方案下水环境分析 311
14.3.3未来水平年水污染控制方案 315
14.4海河流域生态演变预估 316
14.4.1作物生长演变预估 316
14.4.2自然生态演变预估 323
第15章 海河流域水资源管理战略讨论 327
15.1概述 327
15.2水权分配与法规建设 327
15.2.1水权分配 327
15.2.2法规建设 328
15.3产业结构调整与节水防污 329
15.3.1产业结构调整 329
15.3.2节水防污型社会建设 330
15.4 ET管理与地下水限采 332
15.4.1基于ET（耗水）控制的流域水资源管理 332
15.4.2严格控制地下水的开采 333
15.5公众参与和能力建设 333
第16章 总结与展望 335
16.1总结 335
16.1.1流域“自然——人工”二元水循环模型 335
16.1.2流域水循环及其伴生过程综合模拟系统 336
16.1.3海河流域水循环、水资源、水环境及水生态演变规律分析 337
16.1.4海河流域未来水循环、水资源、水环境及水生态演变预估 340
16.2展望 341
参考文献 343