Better representations of groundwater processes need to be incorporated into large-scale hydrological models to improve simulations of regional- to global-scale hydrology and climate, as well as understanding of feedbacks between the human and natural systems. We incorporated a 2D groundwater flow model into the variable infiltration capacity (VIC) hydrological model code to address its lack of a lateral groundwater flow component. The water table was coupled with the variably saturated VIC soil column allowing bi-directional exchange of water between the aquifer and the soil. We then investigated how variations in aquifer properties and grid resolution affect modelled evapotranspiration (ET), runoff and groundwater recharge. We simulated nine idealised, homogenous aquifers with different combinations of transmissivity, storage coefficient, and three grid resolutions. The magnitude of cell ET, runoff, and recharge significantly depends on water table depth. In turn, the distribution of water table depths varied significantly as grid resolution increased from 1° to 0.05° for the medium and high transmissivity systems, resulting in changes of model-average fluxes of up to 12.3% of mean rainfall. For the low transmissivity aquifer, increasing the grid resolution has a minimal effect as lateral groundwater flow is low, and the VIC grid cells behave as vertical columns. The inclusion of the 2D groundwater model in VIC will enable the future representation of irrigation from groundwater pumping, and the feedbacks between groundwater use and the hydrological cycle.

中文翻译：

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将二维横向地下水流集成到可变入渗能力（VIC）模型中以及不同网格分辨率和含水层扩散率对模拟通量的影响

需要将地下水过程的更好表示法纳入大型水文模型中，以改进对区域级至全球级水文和气候的模拟，以及对人与自然系统之间反馈的理解。我们将2D地下水流模型合并到可变渗透能力（VIC）水文模型代码中，以解决其缺少侧向地下水流分量的问题。地下水位与可变饱和的VIC土壤柱相连，可在含水层和土壤之间进行双向水交换。然后，我们研究了含水层特性和网格分辨率的变化如何影响模拟的蒸散量（ET），径流和地下水补给。我们模拟了9种理想化的均质含水层，它们具有不同的透射率，储水系数，和三个网格分辨率。池ET的大小，径流和补给极大地取决于地下水位的深度。反过来，对于中等和高透射率系统，随着网格分辨率从1°增加到0.05°，地下水位深度的分布也发生了显着变化，导致模型平均通量的变化高达平均降雨量的12.3％。对于低透射率的含水层，由于横向地下水流量较低，并且VIC网格单元的行为像垂直柱一样，因此提高网格分辨率对效果的影响很小。在VIC中包含2D地下水模型将使将来的地下水抽水灌溉以及地下水使用与水文循环之间的反馈成为可能。对于中等和高透射率系统，随着网格分辨率从1°增加到0.05°，地下水位深度的分布变化很大，导致模型平均通量的变化高达平均降雨量的12.3％。对于低透射率的含水层，由于横向地下水流量较低，并且VIC网格单元的行为像垂直柱一样，因此提高网格分辨率对效果的影响很小。在VIC中包含2D地下水模型将使将来的地下水抽水灌溉以及地下水使用与水文循环之间的反馈成为可能。对于中等和高透射率系统，随着网格分辨率从1°增加到0.05°，地下水位深度的分布变化很大，导致模型平均通量的变化高达平均降雨量的12.3％。对于低透射率的含水层，由于横向地下水流量较低，并且VIC网格单元的行为像垂直柱一样，因此提高网格分辨率对效果的影响很小。在VIC中包含2D地下水模型将使将来的地下水抽水灌溉以及地下水使用与水文循环之间的反馈成为可能。对于低透射率的含水层，由于横向地下水流量较低，并且VIC网格单元的行为像垂直柱一样，因此提高网格分辨率对效果的影响很小。在VIC中包含2D地下水模型将使将来的地下水抽水灌溉以及地下水使用与水文循环之间的反馈成为可能。对于低透射率的含水层，由于横向地下水流量较低，并且VIC网格单元的行为像垂直柱一样，因此提高网格分辨率对效果的影响很小。在VIC中包含2D地下水模型将使将来从地下水泵中获得灌溉的代表以及地下水使用与水文循环之间的反馈成为可能。