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 37
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 污染量的估算 42
4.1.1 点源污染量的估算 42
4.1.2 非点源污染量的估算 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 99
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 146
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 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 污染源估算 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 实行最严格水资源管理制度年度指标评价 329
15.3.1 实行最严格水资源管理制度 329
15.3.2 实行最严格水资源管理制度年度指标 329
15.3.3 实行最严格水资源管理制度年度指标细化分解方法 330
15.3.4 实行最严格水资源管理制度年度指标评价方法 330
15.4 产业结构调整与节水防污 333
15.4.1 产业结构调整 334
15.4.2 节水防污型社会建设 335
15.5 ET管理与地下水限采 337
15.5.1 基于ET（耗水）控制的流域水资源管理 337
15.5.2 严格控制地下水的开采 338
15.6 公众参与和能力建设 338
第16章 总结与展望 339
16.1 总结 339
16.1.1 流域“自然-人工”二元水循环模型 339
16.1.2 流域水循环及其伴生过程综合模拟系统 340
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 341
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 344
16.2 展望 345
参考文献 347
索引 356