随着气候变化和人类活动对流域水循环过程的影响,地表水和地下水相互作用频繁发生。为了能够准确地掌握在气候变化和人类活动影响下,流域水循环过程影响的响应规律和机理,需要从过程上把地表水和地下水作为一个整体系统行研究。研究区威海市母猪河流域位于华北地台,山东台背斜胶东台凸的轴部。流域内出露地层主要为前震旦纪变质岩系,片岩、片麻岩、千枚岩构成背斜基地。地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系孔隙水,基岩裂隙水主要赋存于片麻岩和花岗片麻岩的风化裂隙中,第四系孔隙水主要分布在山间河谷冲积平原、山前平原及滨海海相沉积物的细砂、粉细砂地层中。该流域地下水位较浅、含水层富水性较弱且河网密集,使得在强烈和频繁降雨条件下,容易产生复杂的地表—地下水相互作用过程。本文采用地表-地下水流耦合模型GSFLOW(Coupled Ground-Water and Surface-Wa ter Flow Model Based on the Integration of PRMS and MODFLOW-2005)程序包进行地表水与地下水的相互作用研究。在分析母猪河流域水文气象与水文条件、区域地质背景、水文地质条件、水资源及其开发利用概况的基础上,构建地表水文模拟模型(PRM S)与地下水流数值模拟模型(MODFLOW)的耦合模型,并进行水文数据和水文地质数据挖掘及地表-地下水流耦合模型(GSFLOW)的参数率定和验证,模拟分析不同降水条件和不同开采条件下地表水与地下水的相互作用。研究结果表明:(1)片麻岩山丘区流域,由于特殊的地质、地形条件及水文地质条件,强降雨使得地下水得到迅速补给、地下水位急剧升高,引起地下水渗入浅层土壤优先补给河流,进而导致低渗透性含水介质中地下水储存时间相对较短,地表水、地下水相互作用明显。(2)GSFLOW能够揭示降雨量转化为地下水补给量的复杂非线性过程以及强降雨条件下地下水补给土壤层与河流的排泄过程,可以较好地模拟地表水-地下水相互作用过程。(3)根据GSFLOW原理构建研究区地表水-地下水耦合模型,利用2008-2013年米山水库径流测站数据、地下水观测井数据进行数值模拟,结果表明,径流量的Nash模型确定性系数大于0.65,母猪河流域观测孔水位的计算值与观测值的绝对平均误差约0.3m,模拟精度较好。(4)通过对不同降水条件和地下水开采条件下的地表水-地下水相互作用过程模拟,发现降雨量作用影响下地表径流量与地下水的补给通量均具有较强的时间变异性,影响最大的是地表径流(eP),影响相对较小的是:非饱和带降雨入渗补给量(pR)、总补给量(gR)、有效补给量(eR)和净补给量(nR),而在低渗透性硬岩区域短期高强度降雨不能造成大面的有效补给。相同下垫面和降雨条件下,受地下水开采的影响,地下水位与河流基流量呈明显的线性正相关关系。本次构建的GSFLOW模型能够有效反映地表水-地下水相互作用的一般规律,可作为水资源评估的有效工具,对于流域地表水-地下水综合管理具有重要意义。