水循环多元综合模拟系统（hims）的研究进展

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1、水利部发展研究中心成立10周年专辑水循环多元综合模拟系统(HIMS)的研究进展刘昌明，王中根，杨胜天，郑红星(1．中国科学院地理科学与资源研究所、陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101；2．北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京100875)摘要：面向半湿润半干旱区水循环多要素、多过程、多尺度综合模拟的难题，通过多元水循环要素的理论分析，采用遥感定量反演、多过程集成，研发了水循环多元综合模拟技术系统HIMS(Hydro—InformaticModelingSystem)，包括水文函数子系统(HydroLib)和生态水文子系统(EcoHAT)等。本文分别介绍了HIMS系统的

2、原理、结构、功能以及验证和应用，包括用于揭示气候变化、人类活动、土地利用变化与水文循环的相互作用，支撑与水相关的生态与环境问题研究；经与国外的水循环模拟技术相比，HIMS更适合我国现有的数据与环境条件，具有较高的模拟精度、计算速度，以及操作友好的图形化界面系统。HIMS可望为资料缺乏地区水文模拟提供技术支撑工具，并将为我国水文模拟领域的技术进步和半湿润半干旱区水资源管理的研究发展提供支持。关键词：HIMS系统；水循环；综合模拟；半干旱半湿润区中图分类号：P33文献标识码：A文章编号：1671．1408(2010)08．0005．05面的应用中发挥着越来越重要的作用。1概述研发水循环

3、多元综合模拟技术是解决水资源的水循环涉及地球系统中一系列的物理、化学和科学评价、合理规划、有效保护、优化配置、高效生物过程，如泥沙的侵蚀、搬运与堆积，地表化学利用与综合管理(含生态、环境保护)的基本科学元素(包括污染物质)的迁移与转化，植物的蒸腾技术。在国家973项目和国家自然科学基金等科研以及能量的转化等。在水文模型的发展历史中，针项目的支持下，针对水循环多元过程及多种要素的对某一方面的需求和应用有不同的模型，如流域水复杂作用关系，以变化环境下流域水循环多要素、文模型、地下水模型、水土侵蚀模型、水质水量联多过程、多尺度的综合研究为宗旨，全面收集与探合模拟模型、生态水文模型等。这些

4、模型各自关注讨当前国际先进经验与面临的问题，并在综合集成的要素、过程和尺度都有所不同，各有其适用范不同领域和学科科技成果基础上，研发了水循环多围。近些年来，以水循环基本原理为核心，集成多元综合模拟系统HIMS(Hydro．InformaticModeling学科研究成果，发展水循环多元综合模拟系统，全System)。HIMS系统面向水资源、水环境、水生面揭示水循环及其伴随物理、化学和生物过程的发态、水灾害与水管理问题，进行不同尺度的多元综生和演化规律，已经成为水循环模拟研究领域的重点。国际上一些研究机构已先后开发出了各自的模收稿日期：2010—06．18拟系统，如丹麦DHI的MIK

5、E—SHE⋯、美国的基金项目：国家自然科学基金项目(40671023)、国家重点基础研SWAT、HMS、澳大利亚的TIME⋯等。这些模究发展规划项目(G19990436、2006CB403407)拟系统在水资源、水生态、水环境和水灾害等多方作者简介：刘昌明，男，中国科学院院士，中心咨询专家。一水利发展研究2010·8合模拟；作为工具，HIMS系统能适用于水资源监模拟系统，形成具有普适性、能提供用户进行二次测、评价、规划、设计等各个方面。目前，HIMS开发功能的系统平台，不仅能很好地适应我国的条已在国内外部分流域(包括我国黄河、澳大利亚与件也力求在国外得以应用，并服务于稀缺资料地区美

6、国加州)进行了验算，取得较好的结果，并仍在的水文计算(如国际水文计划PredictionofUngauged进一步研发与完善之中。Basins，即PUBs计戈Ⅱ)。2．2技术方法．2HIMS系统的原理与结构基于上述思路和目的，运用计算机、信息系2．1研发的系统框架与主要目标统、遥感以及水文模拟技术的最新成果，实行多学HIMS是以变化环境下的流域水循环多元过程科交叉的应用研究，融合水文水资源、气象、地及其动力影响因子多维向量研究为主线，在深入多理、生态、环境等自然经济技术学科的数据资料与元水循环过程理论分析并综合集成不同领域和学科新方法，研发流域水循环多元综合模拟技术与实用科技研究成

7、果的基础上，参照当前国际水资源研究系统。技术方案如下：的先进经验，探求建立综合分析系统与综合模拟平(1)从基础理论研究入手，开展室内物理模型台，为水资源综合管理与流域综合管理服务。实验、典型代表性流域原型观测，为创新研发流域HIMS系统研发的总体思路如图1所示。水循环综合模拟系统(HIMS)奠定理论基础。(2)与定量遥感与反演技术相结合，针对水循环过程中降水、蒸散发、土壤水等关键要素利用常幸++规方法难以大面积精确定量的问题，应用遥感影像、水水水少多脏DEM等数据源，