一、 水资源现状
贵州威宁草海国家级自然保护区位于贵州省威宁彝族苗族回族自治县境内，总面积约为99.15km2。草海国家级自然保护区划分为三大功能区，即核心区、缓冲区、试验区，其中核心区面积约为21.02km2，缓冲区面积约为5.75km2，试验区面积约为72.38km2。草海自然保护区所在地隶属威宁县草海镇，全镇国土总面积370.98km2。
草海属长江水系，是金沙江支流横江上洛泽河的上源湖泊，汇集着周围的雨水及几条发源于泉水的短河，水源补给主要来自大气降水，其次是地下水补给。草海湖集雨面积96km2，是贵州高原上最大的天然淡水湖泊。
图1-1 贵州草海国家级自然保护区总体规划图
从地质构造来说，草海自然保护区位于黔西山字型西翼反射弧，威宁水城大背斜向北弯曲的顶端部位。从地貌上看，草海自然保护区为起伏急剧的高原中山狭谷，且成阶梯状的高原山原地貌。草海盆地的地形趋势，西、南、东三面较高。自盆地中心向北逐渐降低，成为草海湖盆的泄水方向。草海湖盆周围属高原缓丘（溶丘），地形平缓开阔，地面起伏极小。由湖盆向外，地貌为高原丘陵盆地，
地面起伏较大。
草海自然保护区土壤类型划分为黄棕壤、沼泽土、石灰土和石质土四个土类。其中，耕地土壤有黄灰泡土、黑灰泡土、火石灰泡土、黏质灰泡土、小黄泥灰泡土、大黄泥灰泡土、岩灰泡土、灰泡黏土等15个土种。
保护区在地带性气候上属于亚热带季风冬干夏湿气候。在贵州气候分类上，将威宁地区划分为暖温带冬干夏湿季风气候，具有日照丰富、冬暖夏凉、干湿分明等特征。年平均气温10.5℃，最热月（7月）平均气温17.7℃，最冷月（1月）平均气温1.9℃，无霜期208.6d；年均相对湿度80%；年均日照时数1 805.4h，是贵州日照最充足的地方。
草海地区广泛分布的古剥蚀地面上，地形起伏平缓，岩石风化强烈，残坡积物质覆盖较厚，这不仅有利于降雨在地表停积而延长地表径流过程，而县还使降雨的入渗系数显著增大，从而有效提高了单位面积的产水能力。按该区多年平均降雨量950.9mm，年径流深550mm等参数综合考虑，概算每平方公里年产水量60万m3，全区年产水量为5910万m3。草海丰水期水域面积26km2，按平均水深1.5m计算，其蓄水量为3900万m3；枯水期水域面积 19.8km2，水深1.2m，蓄水量2376万m3。草海丰水期的蓄水量几乎占其补给范围内总产水量66%的情况，说明草海水资源的补给量是十分有限，只是由于盆地水文地质结构极有利于地表水及地下水的储存，才基本维持了湖沼水域的自然环境现状。
大气降水是草海地区地表水及地下水的唯一补给来源，但由于年降雨量季节分配不均，枯季降雨量很少，因而干旱季节水资源的补给量十分匮乏。该区12月至次年3月的枯季降雨量不足 50mm，绝大部分都有消耗于蒸发及渗入地下，极少形成地表径流，所以草海在枯水季节全靠地下水补给。根据区域水文地质普查资料，按该区含水岩石每平方公里在每秒钟内流出的水量为 2.5L计算，草海在枯季每天只获得1.62万m3地下水的补给，仅相当于年平均日补给量的10%，如果再考虑到湖沼水面的蒸发损耗，实际上其日补给量已所剩无几，甚至出现负值。问题在于，这种补给量极小的状况要持续长达4个月，如遇干旱年景，枯季的草海水域必然大大缩小。更有甚者，由于湖区汇水范围内生态环境恶化，草海水资源短缺的情况将愈益严重。
二、SCS模型介绍
计算湿地的水资源量情况需要对降雨径流情况有准确的了解才能结合当地的经济发展情况进行计算。遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）的发展以及分布式水文模型的进步使得降水径流模型的研究成为可能。然而分布式水文模型中需要大量详细的气象、水文、地质、地形及土壤等数据，而这些数据往往较难收集齐全，给分布式水文模型的应用带来一定困难。由于草海自然保护区在成立保护区之前缺乏系统全面的气象、水文观测资料，难以满足分布式水文模型的数据需求。因此本研究未采用分布式模型，而是选用了经典的描述降水~径流关系的经验式SCS水文模型。该模型参数少，所需数据容易得到，而且与分布式的土地利用数据的融合易于实现。
SCS-CN模型是20世纪50年代初美国农业部水土保持局根据美国地带性气候特征和农业区划所研制的小流域设计洪水模型。据此形成的SCS-CN模型出现在1954年的美国《国家工程手册》中。SCS-CN模型提出时虽未经过学术界严格的审议，但由于被美国官方发布，随即在世界范围内得到了广泛应用。 SCS-CN模型所使用的降雨-径流关系为:
FQ (2-1) ?SP?Ia式中:Q为地表径流量（mm）；P为降雨量（mm）；Ia为产生地表径流之前包括地面填洼、截流和下渗的初损（mm）；F为产生地表径流之后的后损，即实际入渗量（mm）；S为该时刻最大可能滞留量，是后损的上限（mm）。实际入渗量F可以表示为：
F?P?Ia?Q (2-2)
将上述两式合并可求解出径流量：
(P?Ia)2 (2-3) Q?P?Ia?SIa不易求得，但通常认为Ia与S之间存在线性关系：
Ia??S (2-4)
?值多在0-0.3之间变化，其经验值通常取0.2，此时径流量可表示为关于S
的函数：
?(P?0.2S)2,P?0.2S?Q? (2-5) P?0.8S??Q?0,P?0.2S?由于S变化范围很大，实际应用中将S转换成了理论值在0~100之间、描述不同土壤-覆被组合（soil-cover complex）地表产流能力的综合指标——径流曲线数（CN），从而使具体应用中对CN的插值、平均、加权等操作更接近线性变化。S与CN值的关系表达为：
S?25400?254 (2-6) CN其中，CN值为径流曲线数，是反映地表产流能力的综合参数。CN随着S的增大呈非线性递减，由于现实条件下CN取值通常在约30-98之间，而对应的S则在5-600mm之间变化，S的变化幅度远大于CN。在给定降雨（P>0.2S）时，CN值较大的地区将产生较高的地表径流量Q。在同等降雨条件下，径流量随着CN的减小也对应变小。同时，CN减小对应S增大，初损（0.2S）也随之增大，出现地表径流的降雨量阈值不断提高，当CN=30时，需要120mm以上的降雨量才能出现径流。常见的土壤-覆被组合的CN一般都在30之上。
SCS-CN模型由于参数少，计算过程简单，所需的资料易于通过多种手段获取，且能反映不同土壤类型、不同土地利用方式及前期土壤含水量对降雨径流的影响，对降雨观测的要求较低，因此，被广泛应用于估算各种地表覆被条件下的地表径流，同时被不少水文水质模型作为模拟地表径流的基本模块（如SWAT、CREAMS、ANSWERS、AGNPS、EPIC等模型）。
利用SCS-CN模型模拟产流能力的主要工作集中在CN值的确定上，应用流程主要分为确定土壤水文组、查表确定CN、根据土壤湿度调节CN、利用SCS-CN模型计算地表径流等几个步骤。
1）土壤水文组的确定：为了描述土壤的水文状况，土壤专家最初基于观测的降水、径流、土壤质地及下渗等数据，对具有相似产流能力的土壤进行归类，称为土壤水文组（Hydrologic Soil Group，HSG），土壤依照产流能力从低到高分为A、B、C、D四类，详细分类标准可参见美国《国家工程手册》（第七章）。美国已经对14000多种土壤进行了HSG归类。本研究参照美国标准，结合中国
土壤数据集，主要根据土壤的水力特性建立了映射表对土壤水文情况进行分类。
2）确定土地利用状况：依据遥感影像数据，确定区域内的土地覆盖类型，具体主要依据美国《国家工程手册》（第九章）。
3）查表确定CN：在确定了土壤水文组、地表植被类型要素之后，根据现有的CN检索表，查找该土壤－覆被组合对应的CN值。本研究中的CN值检索表编译自美国《国家工程手册》（第九章）中给出的不同土壤-覆被条件下详细的CN2值检索表。
4）根据土壤含水量调节CN：土壤中的水分处于动态平衡状态，其储量和剖面分布随时间和空间不断变化。土壤湿润状况影响着降雨入渗速率和入渗量，因此，对地表产流能力及CN有着明显影响。以上查表仅得到了土壤前期湿润程度为中等时的CN（即CN2）。为考虑土壤湿度对地表产流能力的影响，简化起见，通常将土壤前期湿润状况划分为干旱、中等湿润和湿润三种状态，依次对应三种CN：CN1、CN2和CN3。CN1和CN3一般以第3）步中查表得到的CN2为基础，通过调节函数计算得到。常用的调节函数如下：
CN1?CN2?20(100?CN2)100?CN2?exp[2.533?0.0636?100?CN2?](2-7)
CN3?CN2?exp[0.00673?100?CN2?]三、 资料来源及处理
3.1资料来源
本次研究采用的基础数据如下表3-1所示：
表3-1 基础数据
数据名称 降水数据 气象数据 土地利用数据 土壤数据 流域相关数据
数据来源 国家气象信息中心 国家气象信息中心 欧洲空间局 中国土壤水文数据集 《中华人民共和国水文年鉴》
数据精度 0.1mm 0.1 300m栅格 30弧秒 0.1mm
处理方法 直接使用 直接使用 重分类 重分类 重分类