SWAP-MODFLOW coupling for modeling groundwater flow in shallow ET regions

研究总结与关键发现

对浅水位区域而言，精确评估通过蒸散发作用实现的地下水补给与排泄过程，对于实现水资源的可持续管理具有重要意义。在浅层地下水条件下，包气带与地下水流之间存在复杂的相互作用关系。传统地下水流动模型中，通常将补给与蒸散发通量简化为单一的汇源项处理。然而实际观测显示，这些通量会受到地形特征、土壤性质、土地利用方式以及水资源管理措施等多重因素的影响。同时它们在时空维度上均表现出显著的变异性，并且在干旱及半干旱地区尤为难以准确估算。因此，在地下水模拟过程中建立有效的估算方法显得尤为重要。本研究将土壤-水-大气-植物（SWAP）模块整合至MODFLOW地下水流动模型中，使SWAP模块负责计算垂直方向上的水量通量，而MODFLOW则提供平均地下水位深度作为SWAP模块底部边界条件的输入参数。MODFLOW中的SWAP模块区域划分依据地理信息系统（GIS）技术，综合考虑了地形特征、土壤类型、土地利用模式及水资源管理实践等因素。随后采用二维饱和-非饱和带地下水位补给实验对集成SWAP模块后的MODFLOW模型进行验证。实验结果表明，模拟所得的地下水位变化曲线与实测数据基本吻合，仅在初始阶段存在轻微偏高现象，这可能源于未考虑非饱和带中的侧向扩散效应。最后将该改进模型应用于华北地区黄河上游河套灌区的区域尺度地下水流动模拟中，模拟结果证实了所构建的MODFLOW-SWAP