中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1001-8166(2003)02-0292-07 0 引言 1998-2001年间，中国和德国学者合作开展了考虑可持续发展的土地利用综合规划(SILUP,Sustainable Development by Integrated Land Use Planning)项目的研究[1]。SILUP是一个多学科综合研究项目，它包括遥感和地理信息系统、社会经济、生态、水文水资源等4个方面的内容。该项目以秦淮河流域江宁县部分作为实验研究区域，进行了为期3年的研究，取得了一系列的研究成果。作为该项目的一个子课题，主要研究土地利用变化对研究区域水文水资源系统的影响。 土地利用变化是水文水资源情势变化的重要影响因素。土地利用变化大大改变了天然的水循环过程和水量水质状况，影响了社会经济发展和生态环境质量，因此社会可持续发展的首要条件是水资源的可持续利用。研究土地利用变化对水文水资源系统的影响尤其是对水量平衡和防洪情势的影响，不仅具有重要的学术意义，而且对于社会可持续发展、资源可持续利用和环境保护等问题都有重要的应用前景。 传统的水文模拟方法是通过利用实测水文资料来率定模型参数的，所建立的水文模型依赖于给定历史时期流域下垫面所对应的实测水文资料，因而不能模拟土地利用变化等人类活动对水文水资源系统的影响。要研究因土地利用变化导致的水文响应的变化，必须深入研究水文过程的物理机制，建立详细描述流域的下垫面信息、水文要素和水文状态变量时空变化过程的数字水文模型，通过下垫面的自然地理条件直接确定参数，取代由降雨径流资料率定的等效参数。 数字水文模型是水文模拟技术与计算机技术及信息科学技术相结合的产物。数字水文模型是采用数字化手段详细描述流域下垫面信息和动态模拟流域水文要素和水文状态变量时空变化的水文模型。将流域视为一个均一的系统，类似地该系统的输入和状态函数都认为是整个流域面积上的均值，从而获得流域出口断面的总输出，这种流域系统的整体观念称为集总模拟途径。分布式水文模型是指以流域面上分散的参数和变量来描述流域水文要素空间变化特性的数学模型。数字水文模型首先是分布式模型，它把流域在空间上离散，在水平面上把流域划分成网格单元，在垂直方向上用每个网格上的水平层柱体表示，网格表示了空间位置，而网格的属性表达了该网格单元的地形、土壤、植被等下垫面特征和降水、植被截留、蒸散发、下渗、地表径流和地下径流等水文特征。其次数字水文模型采用数字技术和手段详细描述流域的下垫面信息、水文要素和水文状态变量时空变化过程，实现了流域内所有可能信息的最大综合。数字水文模型利用现代遥感、全球定位系统、地理信息系统等多种数字技术和实测、模拟等多种手段，获取流域空间分布的各种下垫面信息和水文过程的中间状态信息，构建数字流域，研究流域水文物理规律。与传统水文模型相比，数字水文模型具有以下显著的优点：①能够分布式地描述流域内水文循环的时空变化过程，模型不仅能输出传统水文模型的结果，而且能够十分方便地输出水文要素和水文状态变量的空间分布场；②模型的参数都有物理意义，可以根据流域自然地理特征和下垫面信息确定，因此，模型的率定对历史资料的依赖性较小，模型可以指定有代表性的参数值，可以在水文资料缺乏的地区建模，也可以为流域未来变化的下垫面情景建立模型；③能够及时地模拟出人类活动或下垫面因素的变化对流域水文过程的影响。有关数字水文模型的研究进展参见文献[2]。 本文将以秦淮河流域为研究区域，研究建立数字水文模型。建立数字水文模型需要制作数字高程模型、土地利用图、道路分布图、土壤分布图、水系河网图、圩区分布图、雨量站气象站和水文站分布图等专题图层。SILUP项目采用SPOT卫星遥感图像进行分类提取并结合现有地图进行数字化来制作这些专题图层，本文基于SILUP项目制作这些专题图层，主要采用地理信息系统软件PCRaster来建立数字水文模型，并编制模型的计算程序。PCRaster是美国乌得勒支(Utrecht)大学地理系针对环境研究开发的地理信息系统软件[3]，它不仅具有强大的流域、排水网特性分析工具，而且包括一个动态模拟模块和专有的编程语言，可以解决普通地理信息系统软件与水文模型难以集成的问题。本文利用所建立的数字水文模型，对定义的土地利用变化情景进行模拟，分析研究区域土地利用变化对水文水资源系统的影响、尤其是对水量平衡和防洪情势的影响。 1 研究区域概况 虽然SILUP项目的研究区域为江宁县境内的秦淮河集水区域。但考虑到水文系统的完整，所建立的数字水文模型的模拟区域将涉及到整个秦淮河流域。秦淮河发源于句容、溧水两县山区，句容河和溧水河是秦淮河的两条主要支流，它们在前捍村汇合流经江宁县在河定桥分两支入长江。秦淮河流域面积为2631km[2]，流域四周环山，东部为茅山山脉，北部为宁镇山系，南部有浮山、东芦山等，西部有云台山、牛首山等；山下均为丘陵地带，延伸与流域内平原圩区相连，地形降落坡度较大。 依据不同的地形地貌和水文特性，秦淮河流域可以概化为两部分：山丘区和圩区，其水文模型由3部分构成：①山丘区水文模拟；②圩区的水文模拟；③河网水流模拟。 2 研究区域数字水文模型的建立 2.1 数字水文模型的结构 根据秦淮河流域水文系统的特点，结合本文研究的目的，所建立的数字水文模型主要包括以下几个模块：降雨过程模拟模块、蒸散发过程模拟模块、蓄水过程模拟模块、径流过程模拟模块、河网水流运动模拟模块。 2.2 降雨过程模拟模块 降雨分布模拟模块的功能是：根据流域内雨量站点处的实测降雨序列推求流域各个离散网格点的降雨序列，即把采样点的资料解集为空间分布的面雨量资料。传统的方法有等雨量线法、泰森多边形法等，本文采用降雨线性空间插值模型，每个网格点的降雨量通过从邻近的3个雨量站数据中线性空间插值生成。 2.3 蒸散发过程模拟模块
