Page 127 - 水利学报2025年第56卷第4期

渗透参数：
( - 0.001 ] 0.5
)
REXP = [ θ wlt / θ wlt，sand （19）
式中：UZTWM 为上层张力水蓄水容量，mm；UZFWM 为上层自由水蓄水容量，mm；UZK 为上层自由
水日出流系数，d ；LZTWM 为下层张力水蓄水容量，mm；LZFSM 为下层浅层自由水蓄水容量，mm；
-1
LZFPM 为下层深层自由水蓄水容量，mm；LZSK 为下层浅层自由水日出流系数，d ；LZPK 下层深层
-1
自 由 水 日 出 流 系 数 ， d ； ZPERC 为 最 大 下 渗 率 ； REXP 为 下 渗 曲 线 指 数 系 数 ； θ fld 为 田 间 持 水 量 ，
-1
cm /cm ；θ wlt 为凋萎系数，cm /cm ；θ s 为饱和含水量，cm /cm ；n 为经验指数；K s 为饱和水力传导度；
3
3
3
3
3
3
D s 为河网密度；∆t 为时间步长；μ 为土壤给水度；θ 为砂土凋萎系数，cm /cm ；Z up 为上层土壤厚
3
3
wlt，and
s
度，mm；Z max 为上下层土壤总厚度，mm。
基于式（9）—（19）计算研究区域内各水文单元的土壤属性参数，模型进一步完成对渗透、土壤蓄
水和径流过程的数值模拟。模型将土壤划分为上下两层，上层相对较薄，下层通常较厚，由上至下逐
层提供水分以满足蒸散需求。每一层土壤水分由张力水和自由水组成，它们相互转化影响土壤水分状
态并产生径流，算法细节参见文献［34］。此外，为提高月尺度模型的模拟精度与稳定性，模型根据土
壤蓄水状态，将运算时段动态划分为若干个更小的时间步长，以 5 mm 为一个水量级，则：
NINC = fix{1 + 0.2 × (UZFWC + TWX)} （20）
PINC = TWX/NINC （21）
式中：NINC 为每月模型运算时间步长数，d；fix 为取整函数；UZFWC 为上层自由水蓄量，mm；TWX
为满足上层张力水最大容量后的总剩余净雨量，mm；PINC 为满足上层张力水最大容量后的步长剩余
净雨量，mm。
不透水面积上出流的直接径流，与透水面的上层自由水达到其饱和值（即上层自由水最大容量
UZFWM）时超出部分的产流之和，为地表径流：
NINC
SSUR = P e ∙IMP + ∑( PINC + UZFWC - UZFWM)(1 - IMP ) （22）
1
模型时间步长内，上层自由水出流为壤中流，下层深层和浅层自由水出流量，即地下径流总和，
分别为：
NINC
)
SIF = ∑(UZK∙UZFWC) × (1 - IMP × 30/NINC （23）
1
NINC
)
SBF = ∑( LZPK∙LZFPC + LZSK∙LZFSC × (1 - IMP) × 30/NINC （24）
1
式中：SSUR、SIF、SBF 分别为地表径流、壤中流、地下径流，三者之和即为总径流量，mm；IMP 为
下垫面不透水率；LZFPC 为下层深层地下水蓄量，mm；LZFSC 为下层浅层地下水蓄量，mm。模型中地
表径流不经坡面汇流，将各自的净雨直接汇入河网，壤中流和地下径流经坡地汇流调蓄后进入河网汇流。
3.1.4 汇流模块 模型的汇流模块基于 HydroSHEDS 数据库中的数字高程模型（DEM）、河网和流域属
性数据 ［40］ ，采用单流向法计算每一对相邻网格之间的拓扑关系与水流联系（图 2），并进而计算各个网
格的上游集水面积与集水路径。由于汇流历时对月尺度汇流演算影响较小，各个网格的流量过程通过
对集水面积上的径流累加计算后得到。
3.2 碳循环模块 植被通过光合作用的固碳量与通过蒸腾作用损失的水分之比，即水分利用效率系数
（WUE）是反映生态系统或区域尺度上水碳关系的关键参数。基于 FLUXNET 在全球 244 个站点的水碳
通量数据（LaThuile 数据集），原始 WaSSI 模型针对不同生态系统建立了基于 WUE 的 GPP-ET 的统计模
型。然而，该组经验参数无法反映气候持续变化背景下水碳耦合关系的演变。已有研究表明，空气中
的蒸发动力显著影响到水分利用效率 ［41］ ，目前表达 WUE 与饱和水汽压差（VPD）之间线性或非线性响
应关系的两种常用水分利用效率公式，分别是固有水分利用效率系数（IWUE） 和潜在水分利用效率
［42］
［43］
系数（UWUE） 。Zhou 等 ［44］ 通过 34 个 AmeriFlux 站点的观测数据对 UWUE 和 IWUE 进行评估，结果表
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