目前地下水的分布式模型与地表水的分布式模型的研究均很成熟，但二者之间的耦合还存在着一定问题，这样就造成了地下水与地表水分布式计算的脱节。流域水循环系统是一个包括大气降水-地表水-土壤水-地下水等子系统的有机整体。地表水与地下水是水循环系统的主要组成部分，且二者相互作用与转化关系密切，地表-地下水分布式耦合计算是客观分析其产生机理、转化关系以及人类可持续开发利用的基础，是国内外水文科学研究的新热点。　　 耦合计算解决了当前流域水资源管理中所面临的实际问题的需要。当前的水资源管理和研究者已经认识到不能再把地下水与地表水割裂开来，一体化管理是当今水资源管理的鲜明特征。耦合地下水、地表水模型代表了水文系统中最近发展的趋势，为流域水资源管理提供了决策支持。“十一五”国家科技支撑计划课题“松辽流域水资源全口径评价及旱情预测”要求根据“自然-人工”二元水循环理论，构建基于自然和人类双重作用下的二元水循环数值模型(包括分布式水文模型、地下水数值模拟模型)，以MODFLOW模型为分布式地下水数值模拟分析的主要工具，将MODFLOW模型与地表水的分布式模型进行耦合研究，对地表水、地下水、土壤水等与水资源开发利用密切相关的水资源量进行评价。由此可见，本研究具有重要理论和实践意义。　　 论文首先分析了国内外流域分布式水文模型的研究进展和存在的问题；然后针对地表-地下水分布式紧密耦合计算问题展开讨论。提出紧密耦合与非紧密耦合的划分标准是不同水体界面间的水量交换，能否体现在各水体的数值模型在每个时间与空间步长上之中。在MODFLOW之中增加了地表产汇流模块，改进了MODFLOW对地表水的模拟能力，建立了一种地表-地下水分布式紧密耦合模型Isochronous-MODFLOW。论文主要研究内容有：　　 论文重点研究了GIS在地表-地下水分布式紧密耦合模型中的应用。地表水与地下水模型的离散方法建立在GIS栅格数据结构上，上下空间取得一致，数据操作的繁琐性被降低了很多。通过基于GIS栅格数据的编程，建立地表-地下水紧密耦合模型Isochronous-MODFLOW。基于DEM的等流时单元坡面汇流模块是本文对以MODFLOW为基础的分布式水文模型的最大贡献。　　 使用GIS提取流域水文信息，编程调用DEM栅格数据，自动识别和处理洼地；提取模型所需的地表糙率等栅格数据文件；建立了基于TIN的研究区三维水文地质地层模型，由三维地层模型直接生成了地下水流数值模型的顶底板高程。　　 在MODFLOW之中增加概念解析性的地表-地下水产流、地下水-土壤蒸发模型，并进行了实例计算。不同于传统地下水数值模型的是，使用分布式的方案模拟地表净雨经包气带入渗补给地下水在时间和空间上的分配；地下水的蒸发量作为输出，与土壤水分模块建立联系，模拟地下水对土壤水分的影响。　　 将传统的等流时线法移植到DEM上。将等流时单元法作为坡面汇流的计算方法，将其推广到大流域分布式水文模型坡面汇流计算，扩展了等流时法在大流域分布式水文模型中的应用。本文将这种方法模块化，给出调用接口，促进了这种汇流方法的推广使用。　　 研究了河流与地下水分布式耦合计算模型的发展动态。重点讨论了USGS为MODFLOW设计的河床汇流模块SFR，并以SFR为河流动态边界进行河流与地下水模型的耦合实例研究。无水文站资料的河流在已往的地下水流数值模拟中很难作处理，本研究以伊通河支流太平沟为例，说明了通过分布式地表产汇流模型获得的河流流量和水位作为地下水流数值模型的河流边界的方法。河水与含水层动态耦合交换后的流量，即为河流的实际计算流量。这一计算过程真正还原了流域汇流过程中，地下水与河流之间动态交换。为无水文站观测资料的地区的地下水流数值模拟计算提供了一种的确定河流边界的新方法。　　 最后建立了基于MODFLOW的分布式水文模型Isochronous-MODFLOW。模型包括五个主要模块，分别是第四章设计的概念解析性的产流模块、包气带模块，第五章设计的基于DEM的等流时单元法坡面汇流模块，第六章使用的USGS为MODFLOW最新设计的SFR河流汇流模块，以及地下水的饱和流模型MODFLOW。对MODFLOW中不能进行地下-地表分布式紧密耦合计算的模块进行了取舍和改动；沿用MODFLOW的主程序，并做相应的改动；在研究区建立了地表-地下分布式紧密耦合模型，进行实例计算，表明了模型的可行性。