极端枯水年黄河流域水资源系统韧性调控
王 煜1，2，郑小康1，吕 鸿1，彭少明3，周翔南1，尚文绣1，张 迪1
（1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2. 水利部黄河水利委员会，河南 郑州 450003；3. 水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）
摘要：变化环境下缺水流域正面临日益严峻的水资源供需矛盾，极端枯水年水资源韧性调控方法和技术亟需创新和发展。本文以水资源系统韧性提升为核心，考虑水资源系统的鲁棒性、抵抗性、恢复性能力，建立流域水资源系统韧性水平评价方法，提出极端枯水年黄河流域水库群年际补水增供、地下水弹性开采增供和东中线置换增供等多水源挖潜措施和阈值。以流域水资源系统韧性最大为目标，以流域生活、生产和生态三生底线用水、断面下泄水量和多水源挖潜为约束，建立黄河流域水资源系统韧性调控模型，分析不同调控措施组合对水资源系统韧性的影响，提出增供措施投入策略及优化河流生态和经济社会用水配置关系，提升黄河流域应对极端枯水年的水安全保障能力。研究结果表明：2022年黄河流域现状用水遭遇2002年极端枯水，在不采取措施时水资源系统功能将遭到严重破坏；运用流域分层需水确定的底线用水，提出流域水资源系统韧性调控临界阈值为0.46，韧性调控的河道内生态用水适宜占比为21%～26%；极端枯水年水资源系统韧性调控策略包括南水北调东中线置换增供、地下水弹性开采增供、水库群年际补水增供等。
关键词：水资源系统；韧性调控；多水源挖潜；临界阈值；调控策略；黄河流域
变化环境下骤发干旱的径流表征方法
王孟浩1，2，江善虎1，3，任立良1，3，徐俊增1，2，袁山水4
（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学农业科学与工程学院，江苏 南京 210098；3. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；4. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098）
摘要：现有骤发干旱的研究多从气象或农业干旱角度开展，从地表径流或基流等水文干旱角度开展的相关研究则较为有限。针对上述问题，结合游程理论和阈值法构建能够兼顾径流快速衰减和水量亏缺情况的骤发干旱评估方法，进一步应用数字滤波法从径流过程中分离出基流，开展针对基流的骤发干旱识别，补充和丰富现有骤旱研究方法，以赣江流域为对象开展实例研究。结果表明：赣江流域1981—2020年基于径流和基流的骤旱事件平均历时分别为8.40和9.92个候，平均发展速度分别为20.15和24.40%/候；通过关键水文气象要素的验证可以发现，基于径流的骤旱识别方法在捕获骤旱从土壤含水量传递到流域径流过程的初始阶段时更敏感，而基于基流的骤旱识别方法在评估流域水循环中骤旱是否完全消退时更可靠。
关键词：骤发干旱；径流；基流分割；干旱评估；阈值方法；赣江流域
中国外流流域实际蒸散发变化趋势及多源蒸散产品评估
魏玲娜1，2，孙小淞2，董建志3，4，高 满3，4，潘继旺2，单顾天2，刘松岩2
（1. 南京信息工程大学水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室，江苏 南京 210044；2. 南京信息工程大学水文与水资源工程学院，江苏 南京 210044；3. 天津大学地球系统科学学院，天津 300072；4. 天津大学表层地球系统科学研究院，天津 300072）
摘要：实际蒸散发的变化会影响水资源的可利用性和生态系统健康，准确估算实际蒸散发并掌握其变化趋势，不仅是陆地水循环研究长期面临的挑战，也是应对全球变化的核心议题之一。本文针对中国八大外流流域，利用72个水文站点观测数据，借助4种主流降水数据集，基于GRACE卫星的陆地水储量变化数据和水量平衡法计算流域实际蒸散发，评估了包括GLDAS_NOAH、GLDAS_CLSM、GLDAS_VIC、ERA5、MERRA2、GLEAM、PML_V2和FLUXCOM在内的8种主流的蒸散发估算产品在中国八大外流流域内的适用性。结果表明：八大流域2003—2020年的年均实际蒸散发量在415.1～1 001.4mm之间，平均值为626.6mm，由西北至东南递增，不确定性较小，平均值为46.7mm；蒸散发产品表现地区差异显著，北方流域优于南方；八大流域整体最佳的陆面模式产品为GLDAS_NOAH、再分析产品为ERA5、遥感微气象产品为GLEAM，推荐的产品松花江为MERRA2、辽河和淮河为GLDAS_CLSM、海河为GLDAS_NOAH、黄河为ERA5、长江及东南诸河和珠江为GLEAM；2003—2020年的年均实际蒸散发量以5.8mm/a速度增加，松辽、海河北部、东南诸河、珠江西部和长江上游上升趋势显著，陆面模式的选择对产品的蒸散发变化趋势结果影响显著。
关键词：实际蒸散发；变化趋势；遥感蒸散发估算产品；GRACE；中国外流流域
融合潜在蒸散发的黄河源区径流模拟
荐圣淇1，周肖宇1，余 欣2，王嘉仪2，裴熠楠1
（1. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州 450001；2. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003）
摘要：针对黄河源区水文情势复杂多变、径流模拟精度不足的问题，旨在构建融合潜在蒸散发（PET）预测的径流模拟方法，提升高寒地区径流模拟的可靠性。本研究采用随机森林（RF）、多层感知机（MLP）和极限学习机（ELM）3种机器学习方法，引入长短期记忆网络（LSTM）和PatchTST（Patch Time Series Transformer）深度学习方法，融合PET预测值进行径流模拟，评估不同气象因子组合下PET的模拟性能。研究结果表明：最高气温是PET模拟的最关键驱动因子，最高气温、相对湿度与风速组合情景下的PET模拟精度最高；在深度学习模型中，PatchTST模型在预测未来1个月潜在蒸散发时表现次于LSTM模型，但在多步长预测中表现更优；融合潜在蒸散发预测数据后，模型性能显著提升；以唐乃亥站PatchTST模型为例，纳什效率系数从0.706增至0.896（改进幅度为26.9%），平均绝对百分比误差从23.502降至18.305（降幅为22.1%），均方根误差从276.7降至160.8（降幅为41.9%），表明PET数据有效捕捉了蒸散发对径流损失的动态影响。研究成果可为高寒、缺资料地区的水文预报工作提供更精准的解决方案。
关键词：潜在蒸散发模拟；径流模拟；机器学习；黄河源区
太湖平原水网区雨洪响应特征及其影响因素
林芷欣1，2，罗 爽2，王 强3，许有鹏2，陆 苗4，林炳青1
（1. 泉州师范学院资源与环境科学学院，福建 泉州 362000；2. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023；3. 宁波大学土木工程与地理环境学院，浙江 宁波 315211；4. 扬州大学水利科学与工程学院，江苏 扬州 225009）
摘要：为探究城市化平原水网地区雨洪响应规律及其主要影响因素，以太湖流域的武澄锡虞区为例，基于不同类型城市水网单元水文观测试验，建立了4种雨洪响应特征指标，并对比分析了典型城市水网单元的雨洪响应差异，运用可解释机器学习方法探讨了多种因素的影响作用。结果表明：低河流密度、高不透水面率且处于城市防洪包围工程外的类型区在各等级降雨中具有最高的洪峰水位，同时其雨洪响应过程也最为剧烈；洪水的峰值、量级与动态变化等特征主要受降雨特性和河道前期条件控制，不透水面率对涨水速率存在较大的正向影响，而河网水面率、干流面积长度比等水系特性则在削峰滞洪方面发挥着重要作用。研究结果有助于增进对平原水网地区雨洪响应特征及其影响机理的科学认识，将为防洪减灾与水系保护工作提供依据。
关键词：雨洪响应特征；次降雨事件；可解释机器学习；平原水网区；太湖流域
雅鲁藏布江中游梯级水库运行的水文效应
虞美秀1，2，金君良2，3，张建云2，3，陈 娟4，陈求稳2，3，何佳仪1
（1. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；2. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029；3. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；4. 河海大学环境学院，江苏 南京 210098）
摘要：高寒地区独特的气候和地理条件使得雅鲁藏布江流域成为研究全球气候变化和人类活动对河流系统影响的理想场所。以雅江中游藏木-加查梯级水库为研究对象，基于2000—2022年实测流量和水温数据，以藏木水库上游的羊村站为参考站，依据水库首部机组发电时间划分建坝前后研究时段，从时程变化、年内分配、水热关系3个方面系统剖析雅鲁藏布江中游藏木-加查梯级水库运行对河流水文特性的影响。研究结果表明：奴下站年、汛期与非汛期径流量及年最小流量在藏木建坝后增加，年最大流量微弱减少；建坝后奴下站年、汛期热通量增加，非汛期变化有限，水温变幅与羊村更加接近，该现象在加查运行后更加明显；奴下流量年内分配在建坝后较羊村有一定的坦化，而水温则更为尖瘦，上下游水温变化同步性增加，表现出升温期“增暖”和降温期“加冷”现象；11—12月、1—5月奴下较羊村增加的流量主要受水库调度影响，而6—10月流量增加同时受水库调度和冰川融水径流增加的影响；奴下和羊村上下游流量—水温相关性的异步性、水热关系的时滞性均随水库增加而增强。
关键词：水文情势；水温特性；梯级水库；时间尺度；雅鲁藏布江
变化环境下长三角地区极端降水非平稳性及其时空分异特征
雷 诺1，2，周正正1，3，路 平4，刘曙光1，5
（1. 同济大学土木工程学院，上海 200092；2. 同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室，上海 200092；3. 上海市城市更新及其空间优化技术重点实验室，上海 200092；4. 香港城市大学建筑学与土木工程学系，香港 999077；5. 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室，上海 200030）
摘要：在当前复杂的变化环境下，掌握极端降水的非平稳性演化规律已成为区域防洪减灾的迫切需求。本研究以长三角地区为例，基于1961—2021年格点化逐日降水数据集和多种气候因子资料，采用主成分分析（PCA）与极值分布理论（GEV）研究了极端降水对城市化的响应。结果表明：①长三角地区的极端降水在城市化快速发展阶段雨量更高，短历时极端降水空间分布更不均匀；②极端降水在大部分区域呈现增长趋势，城市化进程较快的区域更为显著；③基于季风因子的GEV-PCA模型在多数区域表现最优，在城市扩张前后的分布发生变化；④随重现期增加，耦合不透水率的GEV-PCA-U模型与GEV-PCA模型的极端降水差距增大，月际间的差距缩小。建议结合极端降水非平稳特性及其对大气环流因子和城市化的响应特征，有针对性地加强不同区域的防洪排涝工作。
关键词：极端降水；非平稳性；城市化；长三角地区
基于信息论的人类活动对流域各流量组分影响的定量分析
——以渭河流域为例
兰 甜1，2，杜欣樾1，张洪波1，2，陈永勤3，4，乔西玉1，王建昊1，朱绪哲1
（1. 长安大学水利与环境学院，陕西 西安 710054；2. 长安大学水利部旱区生态水文与水安全重点实验室，陕西 西安 710054；3. 香港中文大学（深圳）人文社科学院，广东 深圳 518172；4. 香港中文大学地理与资源管理系，香港 999077）
摘要：为揭示人类活动对多源径流组分的非线性影响特征，选取人类活动显著的渭河流域为研究区，探讨不同流量组分对人类活动的异质性响应。构建融合信息论与多尺度流量组分划分的分析框架，提出综合人类活动影响指数。结果表明：人类活动对不同流量组分的影响与流域水文过程的复杂性相关，在渭河干流中上游流域的平原地区，人类活动对各流量组分的影响差异不显著，而在黄土丘陵地区，不同组分对人类活动的响应存在较大差异；夜间灯光表征的人类活动对各流量组分的影响最大，反映出城市化驱动下经济活动对不同流量组分产生的显著影响。本研究提高了人类活动对径流影响的定量识别能力，在应对水资源危机方面具有一定的指导意义。
关键词：径流量；基流分割；人类活动；信息论；非线性
复杂水库群调蓄影响下的三峡运行期设计洪水及汛控水位
钟斯睿1，郭生练1，孙博凯1，郭 乐2，梁志明2，王何予2
（1. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072；2. 中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000）
摘要：长江上游水库群的建成运行改变了三峡水库来水来沙条件，现有设计洪水及145m汛限水位难以应对新时期防洪抗旱和水资源高效利用的需求；长江上游大型水库众多、暴雨洪水时空分布不均，现有地区组成法无法直接适用于复杂水库群运行期设计洪水计算。本文采用混合Copula函数构建联合分布，同时反映年最大洪水系列和典型年大洪水分布组成规律，基于最可能洪水地区组成法和最不利洪水地区组成法，分别推求三峡水库运行期设计洪水及汛控水位。结果表明：混合Copula函数能显著提高复杂水库群的洪水地区组成的可靠性与稳定性；受上游重点大型水库群调蓄影响，三峡水库运行期设计洪水削减了15%～20%；在确保防洪标准和防洪高水位不变的前提下，经调洪演算求得汛控水位为155.5m。该研究可为三峡调度规程修订和长江流域水工程联合运用提供重要的理论依据和技术支撑。
关键词：运行期；设计洪水；汛控水位；复杂水库群；洪水地区组成；混合Copula函数；三峡水库
三峡水库旱限水位确定及运用方式
严子奇1，刘至一1，周祖昊1，吴碧琼2，3，周丽垚1，曹 辉2，3，程雅平1
（1. 中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；2. 中国长江三峡集团有限公司，湖北 宜昌 443133；3. 智慧长江与水电科学湖北省重点实验室（中国长江电力股份有限公司），湖北 宜昌 443000）
摘要：三峡水库作为长江流域骨干枢纽性水利工程，在长江中下游干旱防御中发挥着重要作用。目前三峡水库在抗旱调度中缺乏针对性的控制性水位指标和有效的抗旱调度规则，一定程度上影响了水资源综合效益的发挥。针对上述问题，本文提出了三峡水库旱限水位的功能定位和分期旱限水位确定思路，结合汛期水位临时抬升、枯水期逆序递推、蓄水期保障蓄满的角度进一步提出了分期旱限水位的确定方法及运用方式，以2022年为典型年计算得到三峡水库汛期旱限水位（156.6 m）以及蓄水期和枯水期逐日旱限水位。结果表明：与现行调度方案对比，采用分期旱限水位和运用方式控制三峡水位下泄流量，在汛末提前蓄水，可以有效抬升三峡水位，各方案中水位最高抬升13.01m，发电量最高增加35亿kW·h，下游各行业用水保障天数最高增加34 d。研究成果不仅为三峡水库旱限水位设计和运用提供了技术参考，亦可为中国其他大型综合性水利枢纽工程旱限水位确定和应用提供科学支撑。
关键词：旱限水位；抗旱调度；调度规则；三峡水库
三峡水利枢纽与入库支流对三峡库区水沙演变特征的影响
骆义峡1，2，唐小娅2，3，段恒轶4，陈吉龙2，3，吴胜军2，3
（1. 重庆交通大学，重庆 400074；2. 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆 401122；3. 中国科学院重庆学院，重庆 400714；4. 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局，重庆 400020）
摘要：水沙演变是流域水文过程与生态环境变化的重要体现，深入研究水沙输移过程影响机制对揭示其演变规律具有重要意义。本研究利用1955—2023年三峡库区主要水文站实测数据，分析库区水沙演变特征，厘清嘉陵江、乌江与三峡水利枢纽对库区水沙演变的影响，并构建贡献度模型进行定量评估。结果表明：嘉陵江与乌江是影响三峡库区入库水沙的重要因素，两江入库径流、入库泥沙分别约占入库总量的29.4%和30.2%，对水沙通量变化的贡献率分别约为54.1%和33.0%，对周期变化的贡献率分别约为30.0%和46.7%；三峡水利枢纽对水沙过程的调控存在显著差异，工程施工对水沙关系变化的贡献率约为58.9%，水库调度运行期约为91.1%，受上游梯级水库影响，2012年后贡献率下降至78.3%。研究成果可为流域水沙过程分析、大型水利工程调控策略优化及其环境效应评估提供科学支撑。
关键词：水沙特征；入库支流；时空演变；贡献分析；三峡水利枢纽
考虑坡面沟流的土壤含水量精细化模拟及应用
童冰星1，陈瑜彬1，张 潇1，许银山1，吕 坤2，马润佳2
（1. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010；2. 湖南省水文水资源勘测中心，湖南 长沙 410000）
摘要：为了精细化模拟土壤含水量时空动态过程，量化考虑坡面沟流对下坡向沿程土壤含水量的影响，将流域离散为若干正交的栅格单元，建立考虑坡面沟流的分布式降雨径流模型（Grid-XAJ-SS），概化坡面水流经由沟道系统的汇集过程，设计栅格单元间水流沿程再分配机制，精细化模拟土壤含水量。研究结果表明：Grid-XAJ-SS模拟的五强溪区间流域2014—2024年洪水的径流深相对误差和洪峰相对误差绝对值的均值分别约为4.7%和5.5%，土壤含水量空间分布与降雨中心位置的相关系数为0.66，和LPRM AMSR2产品在不同区域间变化的秩相关系数为0.47；考虑坡面沟流的百米分辨率、小时尺度土壤含水量模拟结果可以合理反映出土壤饱和区域由狭长河谷向坡面上溯扩展、最终形成块状连续区域的动态过程；土壤含水量空间分布变化与降雨过程合理相关，并与土壤墒情站点监测结果较为一致，不同区域的土壤水含量相对大小规律与卫星遥感反演的LPRM AMSR2土壤水产品具有显著相关关系，并且其结果能够为高精度的径流模拟提供保障。
关键词：土壤含水量；坡面沟流；分布式降雨径流模型；LPRM AMSR2产品；五强溪区间流域
冲积河流平滩流量滞后响应前期影响权重优化
申红彬1，2，张小峰3，王海周1，陈翠霞2，4，陈 建1
（1. 华北水利水电大学水利学院，河南 郑州 450045；2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州 450003；3. 武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 430072；4. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003）
摘要：确定前期水沙条件影响权重是研究河道平滩流量滞后响应的难点问题。考虑前期水沙条件影响权重的复杂变化，对河道平滩流量提出建立前期水沙条件与影响权重的卷积模型，并为确定前期水沙条件影响权重给出一种简易的相关分析方法。对比现有河道平滩流量滞后响应模型的滑动平均、速率方程方法，均可视为卷积模型前期水沙条件影响权重为特定函数时的特例。选择黄河内蒙古河段三湖河口站为例，分别采用3种模型方法对平滩流量变化过程进行模拟。研究结果表明：效果从高到低依次为卷积模型、滑动平均、速率方程，相应确定性系数分别为0.906、0.903、0.879，Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.906、0.899、0.874；比较3种模型方法前期水沙条件影响权重，变化差别较大，说明优化选择前期水沙条件影响权重有助于提高模拟效果；分析卷积模型方法优化确定的前期水沙条件影响权重变化规律，平滩流量综合受当年与前6～8 a水沙条件的影响较强，表现出复杂的“双重”影响。
关键词：平滩流量；滞后响应；卷积模型；前期影响权重；优化
堰塞湖库容对溃决过程影响试验研究
黄 卫，刘晓庆，刘 备，段文刚
（长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 430010）
摘要：针对现有试验中库容不足导致所呈现的溃决过程与实际存在较大偏差的问题，通过开展3种不同库容的大尺度堰塞坝溃决物理试验，研究堰塞湖库容对漫溢溃决过程的影响。结果表明：①在不同库容条件下，坝体漫溢溃决过程的典型阶段具有一致性，溃决流量过程也较为相似，但峰值大小及峰现时间存在差异，库容增加1倍，峰值流量增加118.8%，库容增加2倍，峰值流量增加271.0%。②在来流一定时，上游库容越大，水位上升速度越慢，溃决洪水快速起涨阶段出现时间越晚；而水流对坝体的冲蚀作用越强，快速发展阶段溃口横向展宽速率越快；溃口峰值流量越大，溃口流量变化越剧烈，流量过程曲线越“尖瘦”。③溃口平面呈喇叭形，上游库容对溃口宽度最窄处位置基本无影响，但对最终溃口宽度影响明显，库容越大，溃口宽度越大。
关键词：堰塞坝；溃决过程；库容影响；大尺度试验
沿海城市复合洪涝顶托作用的物理模型试验研究
——以海口市美舍河流域为例
徐 奎1，2，文纳新1，2，庄云超1，2
（1. 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 300350；2. 天津大学建筑工程学院，天津 300350）
摘要：暴雨、上游来洪、高潮位等多因子驱动的复合洪涝灾害严重威胁沿海城市可持续发展。为探究多因子复合作用下洪潮顶托致涝机制，本文以海口市美舍河流域主城区为例，构建复合洪涝物理模型，采用粒子示踪方法，分析不同暴雨-河流洪水-高潮位（雨-洪-潮）组合情景下城市地下排水管网所受洪潮顶托作用特征。结果表明：降雨强度越大，排水管网所受洪潮顶托作用越弱；河水位抬升，洪潮顶托效应增强，管网所受顶托作用范围自河道排水口向管网内部延伸，顶托最大长度达14.55m，范围占比达82.58%；当潮位增加，洪潮顶托持续时间及范围降低，20年一遇降雨下，洪潮顶托作用持续时间减少37min，最大顶托范围占比下降35.70%；50年一遇降雨下，持续时间减少42min，最大顶托范围占比下降30.66%。研究成果可为沿海城市防洪排涝工程及复合灾害防控提供科学依据。
关键词：复合洪涝；物理模型；粒子示踪；顶托作用
