用于评估地表和地下水资源的综合建模框架

在气候变化和不断增长的用水需求的背景下，非常需要能够充分模拟水资源可用性的工具。在一项新研究中，研究人员应用了一个将地表水与地下水联系起来的大型模型，该模型可用于以高空间分辨率估算水资源。

地下水——地下多孔和断裂岩石中含有的水——是地球上除冰盖和冰川之外最大的淡水来源。它流入河流、湖泊和其他地表水体，对生态系统至关重要。此外，地下水系统是农业灌溉不可分割的一部分，特别是在地表水资源稀缺的地区。

现有的大尺度模型倾向于过度简化地下水流，通常不能充分整合人类水资源管理，并且以比模拟小尺度水文过程所需的更粗略的分辨率运行。在地球科学模型开发的一项新研究中，IIASA研究人员团队将社区水模型(CWatM)(Bureketal.,2020)与地下水流模型MODFLOW相结合，允许以非常精细的空间分辨率再现地下水位。集成模型模拟了山坡尺度土壤和地表水体中发生的水文过程，网格单元小于1公里。它可用于模拟从小流域到整个国家的各个地理级别的水循环。

通过比较奥地利Seewinkel地区和印度Bhima盆地，分别延伸超过573和46,000平方公里，研究人员测试了该模型在不同气候、地质和社会经济条件下充分再现地下水位的能力。模拟结果通过在Seewinkel35年和Bhima16年期间观察到的地下水位深度和波动进行了验证。

“这些生物物理模型很重要，因为需要对水循环进行量化以进行适当的水管理。我们可以通过链接不同尺度的模型来研究当地和区域水过程如何相互作用。特别是，像CWatM-MODFLOW这样的模型是一个有用的工具来预测未来水管理计划、土地覆盖变化或气候变化的影响，”该研究的主要作者、IIASA水安全研究小组(目前在法国天气研究中心-CNRM)的研究员LucaGuillaumot说。

此外，作者使用该模型评估了基于地下水的灌溉对所调查的两个地区的水循环的影响。他们发现，灌溉增加了通过土壤蒸发和植物组织蒸腾进入大气的水量，但减少了对河流和潮湿地区的地下水支持，尤其是在旱季。结果还表明，在灌溉抽水密集的地区，地下水位更深。

尽管在重现地下水位深度模式和以尽可能精细的分辨率(~100m)校准模型方面存在持续挑战，但该研究代表了大规模水文建模的显着改进。

“人类正在改变地球的水系统。IIASA水模型可以回答有关我们如何在不同空间和时间尺度上影响区域和全球水系统的重要问题。包括决策者在内的区域利益相关者可以利用这些信息来构建现实的水管理方案，”总结研究合著者和IIASA生物多样性和自然资源项目主任YoshihideWada。