眾所周知，自然界中水是不斷運動和變化的。對自然界水的時空分布、變化規(guī)律等現(xiàn)象的研究稱之為水文學?！敖迪聛淼挠甑侥膬喝チ?？”——降雨徑流過程是陸地水循環(huán)最核心的研究內容。徑流模擬和準確預報對防洪、抗旱、水利發(fā)電、航運、生態(tài)保護等關系國計民生的關鍵領域都有重要意義，更直接關系到廣大人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

華東師大地理科學學院科研人員聯(lián)合荷蘭、英國、德國等科學家，在水文降雨徑流模型方面取得突破性進展，原創(chuàng)性地提出了新的地形驅動水文模型HSC (HAND-based Storage Capacity curve)。相關論文在水文學一區(qū)Top期刊Hydrology and Earth System Sciences（HESS）發(fā)表，并被highlight報道。

歷時6年，包括華東師大地理科學學院高紅凱研究員（文章第一作者兼通訊作者）在內的國際科研團隊（中、荷、英、德）刻苦攻關，嘗試了數(shù)十種新的模型結構和算法，跳出以往相關研究慣用的牛頓物理學視角，原創(chuàng)性地從生態(tài)水文視角提出了新的地形驅動水文模型HSC (HAND-based Storage Capacity curve)。HSC模型基于新的地形指數(shù)HAND (Height Above the Nearest Drainage)，通過簡單而具有大樣本生態(tài)觀測數(shù)據(jù)支持的假設，建立了以地形為基礎的土壤含水量和變源產(chǎn)流面積間的非線性關系。

長久以來，地形只被用來驅動水流從高到低運動，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)地形是綜合反映地理綜合體（水土氣生）的指標。美國著名華裔水文學家Fan et al., 2017在美國科學院院刊（PNAS）撰文，利用全球2200多個站點的根系深度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，地形對根系深度有決定性影響。即通常情況下，HAND越大，根系越深。HSC模型正是基于該生態(tài)大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的重要客觀規(guī)律，結合蓄滿產(chǎn)流理論建立的。

這是科學界首次將生態(tài)學根系深度空間分布與水文學的產(chǎn)流過程進行直接聯(lián)系的理論和應用創(chuàng)新。該模型在英國、美國300多個具有不同氣候、植被、土壤、地形的流域，通過多源異構數(shù)據(jù)進行了嚴格驗證。同時，通過與經(jīng)典的流域水文模型HBV和TOPMODEL對比，發(fā)現(xiàn)新模型不僅無需率定產(chǎn)流參數(shù)，還可以模擬變源產(chǎn)流面積的空間和時序變化，而且在模擬效果上比傳統(tǒng)模型有明顯改進。

該模型不僅在生態(tài)水文理論上有所突破，在實際應用中也有廣闊的前景。降雨徑流計算得到的產(chǎn)流量與幾乎所有水相關問題都緊密相連，包括水多（洪澇）、水少（干旱）、水臟（水污染）、水渾（泥沙）、水死（水生態(tài)）等。新模型可廣泛應用于防災減災、水資源管理和調度、水污染防治和水生態(tài)修復等。由于新模型無需參數(shù)率定，因此可以應用于廣大發(fā)展中國家的無資料地區(qū)，這對“一帶一路”沿線國家的基礎設施建設和生態(tài)環(huán)境保護等，都有重要的支撐作用。這一模型研發(fā)體現(xiàn)了重視原始創(chuàng)新的學術目標，為下一步研發(fā)項目成果集成創(chuàng)新提供了重要支撐。

 （看看新聞Knews記者：周云 編輯：范燕菲）