基于知识图谱的城市洪涝灾害链推演及时空特性解析

王  浩1，2，杜  伟3，刘家宏1，2，王  佳1，2，梅  超1，2

（1. 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京  100038；2. 水利部数字孪生流域重点实验室（筹），北京  100038；3. 北京工业大学城市建设学部，北京  100124）

摘要：城市洪涝灾害具有链式传播特性，解析城市洪涝灾害链的传递规律和时空演变特征对于阻断灾害链具有重要意义。本研究以郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害中地铁5号线被淹和京广快速路隧道被淹2个事件为案例，构建知识图谱揭示灾害链传递规律。通过复盘灾害链的演变过程，从中识别灾害链中的诱发点、引爆点、扩散点以及放大点，并着重分析致灾机理以及灾害链的时空特性，以灾害曲线形式直观展示不同灾害链的影响程度。郑州“7·20”洪涝灾害典型案例解析表明，两事件存在多个灾害链阻断时机，在救灾过程中应综合考虑灾前、灾中因素的影响，果断采取断链措施，并且要充分发挥应急措施的时效性，及时阻断引爆点和扩散点，降低洪涝灾害损失。该方法能够应用于链式灾害的复盘，指导分析具体事件的致灾机理和救灾切入点。

关键词：城市洪涝；灾害链；知识图谱；灾害链传递；灾害链推演；时空特性

1980—2020年全球重大洪灾时空特征探析

方秀琴1，2，蒋心远2，廖美玉2，任立良1，3，朱求安1，2，金佳鑫1，2，江善虎1，3

（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210098；2. 河海大学地理与遥感学院，江苏 南京  211000；3. 河海大学水安全与水科学协同创新中心，江苏 南京  210098）

摘要：为充分理解全球洪涝灾害的时空演变规律，基于长时间序列全球历史洪灾数据，运用数理统计和GIS 空间分析方法，在不同空间尺度和年代际、年际的时间尺度上，全面分析了1980—2020年重大洪涝灾害的时空特征。结果表明：①全球洪灾次数在21世纪前10a达到峰值，死亡和影响人口在1990s达到峰值，累计经济损失在2010s达到峰值，次均经济损失在1990s和2010s最高；②洪灾发生次数及造成的经济损失在1980—2020年期间呈显著上升趋势，每次洪灾造成的人口损失呈现下降趋势；③亚洲洪涝灾害严重，洪灾的发生次数、死亡人数、影响人口及经济损失的累计值分别占全球总数的41%、68%、95% 和63%，然而包括中国在内的亚洲诸多国家的洪灾人口损失呈下降趋势；④全球重大洪灾呈东西向分布，灾害重心有南移趋势，洪灾由集中趋于分散，影响区域逐渐变广。

关键词：全球洪灾；时间变化；空间分析；时空特征

考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置

卢  娜1，2，张佳明1，2，苏承国1，2，胡政磊1，2，吴泽宁1，2，严登华3

（1. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州  450001；2. 黄河实验室（郑州大学），河南 郑州  450001；3. 中国水利水电科学研究院，北京  100038）

摘要：针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题，以二元水循环理论为基础，构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块，以GDP最大和基于生态绿当量的区域植被覆盖率（EGE-RVC）最高为目标函数，并提出了一种耦合约束法、逐次逼近法和非线性规划的三层嵌套算法进行求解。以河南省洛阳市为例对模型和方法进行验证，结果表明，洛阳市可利用水量增加了4 463万m3 ，GDP提高了12.5%，EGE-RVC增加了2.6%，各用地类型缺水率不同程度下降。研究成果能够为区域水土资源优化配置研究提供新的思路和技术参考。

关键词：水土资源；联合优化配置；相互作用；二元水循环；三层嵌套算法

人口特征对中国经济社会需水影响及峰值预测

何国华，赵  勇，王  浩，何  凡，李海红，秦长海，朱翰林

（中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京  100038）

摘要：人口规模结构是决定水资源需求的关键因子，在人口总量负增长的重大变化背景下，中国经济社会需水如何演变直接关系到水资源管理宏观决策。本文通过分析中国人口城乡结构、年龄结构对经济社会需水的影响规律，构建了基于人口特征的需水变化曲线，并在此基础上预测了经济社会需水演变态势及峰值时点。研究结果表明：中国经济社会需水峰值可能出现在2042年，达峰规模约为7 300亿m3 ；2050年之前，城镇地区需水总量将会持续增加，农村地区需水峰值将于2030年左右出现。经济社会需水规模是决定区域用水特征的边界条件，研究认为在中国经济社会需水还未到达拐点、国际贸易环境动荡加剧的背景下，未来中国供水保障还应该保持一定的弹性和韧性。

关键词：需水峰值；人口负增长；城乡结构；年龄结构；需水变化曲线

塔里木河植被根系对河岸冲刷特性影响的现场试验

宗全利1，张禹洋1，唐瑞泽2，汤  骅2，刘华利3，李  琳4

（1. 青岛农业大学资源与环境学院，山东 青岛  266109；2. 石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子  832000；3. 塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒  841000；4. 新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐  830052）

摘要：为研究现场条件下植被根系对河岸冲刷特性的定量影响，设计制作了冲刷试验装置，在塔里木河干流上游选取了4个典型位置，开展了胡杨、芦苇、红柳和骆驼刺4种典型根系的18组土体起动切应力和冲刷系数现场试验。试验结果表明：①起动切应力随根系含量增大基本呈幂函数关系增大，且相同根系含量对应起动切应力红柳最大，胡杨和骆驼刺次之，芦苇最小；分析了单位根系含量变化对起动切应力的影响效果，其顺序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。②建立了起动切应力与根系体积密度的定量关系式；根系的存在可以减小土体冲刷系数，其值随根系含量增大基本呈幂函数关系减小，且单位根系含量增加对冲刷系数的减小效果次序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。③建立了有、无根系影响的冲刷系数与起动切应力幂函数关系式，并与已有试验结果进行了对比分析；本文试验结果与现有研究结果规律一致，但对应的系数和指数均有所差异。研究成果能为塔里木河植被护坡和河岸冲刷过程计算提供参考依据。

关键词：冲刷特性；起动切应力；冲刷系数；植被根系；现场试验；塔里木河

考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型

王小杰1，夏军强1，李启杰1，侯精明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. 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安  710048）

摘要：为准确模拟城市洪涝过程，以地表二维流动模型和SWMM一维管流模型为基础，同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式，构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型。采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证，并将耦合模型应用到英国Glasgow城市街区，分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响。结果表明：模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性，模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程；与无排水系统相比，检查井简化法、雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%、23.2% 和24.5%，其中对重度积水的消减作用更显著，淹没面积分别减少43.6%、79.9%和80.9%；检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法，后两者差异较小。雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况，且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单，因此，在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际。

关键词：城市洪涝；SWMM；地表二维模型；模型耦合；地表径流与地下管流交换

淹没刚性植被明渠紊流沿程流动特性差异

陈月君1，2，赵连军1，王  瑶3，朱子春1，4，谈广鸣2，王明阳5

（1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室，河南 郑州  450003；2. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉  430072；3. 雄安新区建设工程质量安全检测服务中心，河北 保定  071700；4. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州  450001；5. 中国水利水电科学研究院，北京  100044）

摘要：淹没刚性植被通过改变水流结构，造成时均流速、紊动强度、雷诺应力等水力参数垂线分布不均匀和沿程差异化。采用声学多普勒测速仪（ADV）测量3种淹没度（3.0、4.0、5.0）下的流速，结合统计学方法，系统分析植被段内及其上、下游过渡段流速和紊动特性差异。结果表明：植被显著增强了水流紊动，且紊动特性取值与淹没度正相关；植被段内流速差异在低淹没度下的植被层内和高淹没度下的自由流动层内更加显著，而紊动特性沿程增强，且垂线分布具有相似性，最大值点位于冠层顶部附近；当淹没度满足KH涡的形成和发展条件时，随淹没度的增大，植被段内紊动特性垂线分布出现转折点（临近此点梯度急剧减小并趋于0）的断面数量增多，经验证，在充分发展的紊流区此点可作为KH涡的上边界点。

关键词：刚性植被；淹没度；时均流速；紊动特性；声学多普勒测速仪

基于阻力规律视角的水流能态区辨识

刘军政1，张金良2，黄  哲1，徐海珏1，白玉川1

（1. 天津大学河流海岸工程泥沙研究所，天津  300072；2. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州  450003）

摘要：高、低水流能态区形成条件不同，其识别对于预测动床阻力具有重要意义。基于量纲一阻力方程推导了一个新的高、低水流能态区判别函数，包含悬浮数和水流作用数2个量纲一参数，提出了能态转变角和能态转移路径的概念，从流动阻力角度重新审视了水流能态区分问题。通过国内外4 176组水槽和野外实测数据对该函数进行率定，确定了高、低能态区的临界方程。研究结果表明：该方法低能态区预测精度约为91%，高能态区约为85%，综合精度约为89%；在细沙河流中，随着水温的降低，更易发生水流低能态向高能态的转变。本文建立的判别函数不仅可高精度识别水流能态区，还可分析水温对能态区过渡的影响。

关键词：动床阻力；水流能态；判别函数；悬浮数；水流作用数；水温

雅鲁藏布江大拐弯地区河流水位日变化时空分异特征

余国安1，岳蓬胜1，2，侯伟鹏1，2

（1. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京  100101；2. 中国科学院大学，北京  100049）

摘要：径流（或水位）日变化是反映河流水文情势的重要方面，解析径流（水位）日变化特征有助于明晰河流水文动态过程和规律，揭示径流来源和产汇流机制。以藏东南雅鲁藏布江大拐弯地区的易贡藏布、帕隆藏布、曲宗藏布、拉月曲、金珠曲和白马西路河为对象，基于典型河段2022—2023年小时分辨率实测水位数据，采用数理统计和表征参数分析河流水位日变化时空分异特征，并结合降雨、冰川/积雪数据探究河流水位日变化影响因素。结果表明：研究区河流水位日变幅在汛期多高于非汛期，日水位数据分布在汛期多呈正偏（均值大于中值），汛后多呈负偏（均值小于中值）；除白马西路河外，各河段水位日涨落过程在非汛期相对于汛期有所延迟，且汛后延迟趋势更明显；汛期各河段日水位上涨历时均小于回落历时，非汛期则多相反（拉月曲和金珠曲除外）；白马西路河水位日变化主要受降雨过程扰动，而其他河流水位日变化主要受冰雪消融过程影响。

关键词：水位日变化；实测水位；时空分异；影响因素；雅鲁藏布江

考虑水力连通的羌塘内流区洼地单元提取与分类

刘金涛1，倪飞宇1，马顺刚2，康  有2，吴鹏飞1，冯美艳1

（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210098；2. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都  610072）

摘要：羌塘内流区是青藏高原面积最大的内流区，气候变化正在加剧其湖泊水系结构与水量的演变，开展内流区流域调查并科学估算其水资源的变化具有重要意义。本文提出一种新型内流区流域划分方法，该方法通过引入高程-面积联合阈值，以解决由气候变化与数字高程模型分辨率等因素引起的洼地单元提取难题。基于已监测的羌塘内流区流域重组与湖泊水位的变动幅度，确定了高程-面积联合阈值分别为10m和50 km2，并对洼地单元进行划分，共识别出163个具有合理集水面积、永久性分水岭的封闭内流区洼地单元。引入多个相关数据集及已有算法评估本方法，结果表明：该方法适用于大尺度内流区洼地单元提取，提取精度优于现有算法及数据产品；依据洼地单元间水力连通特征，将全区163个洼地单元划分为5种主要类型，其中以“上下游互通型”（Ⅱ型）、“高山型”（Ⅳ型）洼地单元为主，“凹陷型”（Ⅴ型）洼地单元则多与其他类型复合存在，受气候条件的影响更加显著。

关键词：洼地单元；流域重组；高程-面积联合阈值；气候变化；羌塘内流区；青藏高原

1960—2020 年青藏高原东部主要河流的径流和泥沙变化特征

张梦娇1，2，南  熠1，2，吴永祥3，丁昱凯4，徐梦珍1，2，田富强1，2

（1. 清华大学水利水电工程系，北京  100084；2. 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室，北京  100084；3. 南京水利科学研究院，江苏 南京  210029；4. 水利部信息中心，北京  100053）

摘要：青藏高原作为“亚洲水塔”，对下游地区用水具有重要作用，在气候变化和人类活动影响下，河流的径流和输沙量已发生显著变化。选取青藏高原东部的黄河、长江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江五大河流源区，利用站点实测数据和Pettitt突变点检验、线性回归等统计方法，系统性地分析了1960—2020年间（近60a）径流和泥沙的年际和季节性变化特征。主要结论为：①近60a来，长江和怒江流域的年径流显著上升，其余流域变化不显著，径流变化存在较强的空间变异性，在2006年左右存在突变点，大部分站点的年径流在此后的十几年中均呈上升趋势；年输沙量方面，长江流域呈不显著上升，黄河、澜沧江、雅鲁藏布江流域均呈不显著下降，年际变化趋势与径流变化总体一致，但变异性更大。②对于60a尺度的季节径流，上游站点冬、春季径流均呈增加趋势，所有站点夏、秋季径流的变化趋势与年径流总体一致，且夏季径流在空间分布上存在“北增南减”的特征。③澜沧江下游的水电梯级开发已经对下游天然径流过程产生干扰，主要表现为径流年内分布的突变，季节差异显著减小，趋于均匀化。以上结论深化了对青藏高原径流和泥沙变化特征的认识，可为开展径流趋势预估和水资源规划等提供科学参考。

关键词：径流变化；泥沙变化；季节性特征；水库影响；青藏高原东部河流

环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

王乐扬1，2，张建云2，3，宁忠瑞2，4，贾雨凡2，4，孙高霞3，5，王国庆3，5

（1. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京  210098；2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京  210098；3. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210029；4. 河海大学水安全与水科学协同创新中心，江苏 南京  210098；5. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京  210029）

摘要：变化环境改变河流水文节律，影响流域水资源的开发利用；澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流，科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料，采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径，诊断径流序列的变异特征，定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明：①1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势，其中，1—5月径流量呈增加趋势，6—12月径流量呈减少趋势；实测年径流量在2008年发生突变。② RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期（1961—2008年）的天然径流量过程，模拟相对误差小于1%；模拟的人类活动影响期间（2009—2020年）天然径流量约为371.8 mm，较基准期偏少6.8%，这是气候变化引起的。③水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动，是水库蓄水运行期（2009—2013年）径流减少的主要原因；气候变化对水库稳定正常运行期（2014—2020年）径流减少贡献更大，约为61.7%。④水库运行调度使得2014—2020年汛期（6—11月）径流量减少44.3%，非汛期（12 月至翌年5月）径流量增加134.3%；澜沧江干流水库对径流的削峰补枯调节作用在一定程度上保障了湄公河中下游的防洪安全与供水安全。

关键词：气候变化；人类活动；径流量；RCCC-WBM 模型；归因识别；澜沧江流域

黄河水源涵养区土地利用变化的区域分异特征及未来格局

梁  康1，公  丽1，2，宋小青2，张永勇1，刘昌明1

（1. 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室，北京  100101；2. 中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，湖北 武汉  430074）

摘要：解析黄河水源涵养区历史和未来的土地利用/覆盖变化（LUCC）对于保护黄河流域水土资源和维系生态系统服务功能等具有重要意义。在研究区及其三大子区（Ⅰ黄河上游水源区、Ⅱ渭河南山区、Ⅲ伊洛河区），基于1990—2020年的土地覆盖产品数据，采用转移矩阵、地理探测器、CA-Markov模型等方法，分析LUCC特征、探测驱动因素和预测未来期（2025年）空间格局。结果表明：自2000s以来，研究区及分区地类呈现退耕还林还草和建设用地快速增长的2条主线变化趋势，其中，全区LUCC主要受到粮食产量、高程和人口密度驱动，Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区LUCC的主导驱动因素分别是高程、人口密度和粮食产量。未来生态保护情景相对于自然发展情景，耕地和建设用地扩张将受到约束，能更好地保障生态用地面积以支撑水源涵养等生态服务功能。

关键词：水源涵养；土地利用/覆盖变化；地理探测器；CA-Markov模型；黄河流域

基于遥感和通量观测的实际蒸散发时空变化特征

——以黄河流域水源涵养区为例

鞠  琴1，2，刘小妮1，2，刘  娣1，2，申同庆1，2，谷黄河1，2，王国庆2，3，余钟波1，2

（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210098；2. 河海大学水安全与水科学协同创新中心，江苏 南京  210098；3. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210029）

摘要：蒸散发是地表水热平衡的关键要素，分析蒸散发的时空分布特征及其影响因素，对于深入理解区域水文循环与生态系统过程至关重要。基于通量观测站数据，评估GLEAM、MTE、GLDAS和AVHRR共4种蒸散发产品在黄河流域水源涵养区的适用性，利用水量平衡方法验证其在流域尺度上的精度，并探讨实际蒸散发的影响因素。结果表明：在站点尺度上，GLEAM蒸散发产品精度最高；在流域尺度上，校正后的GLEAM 蒸散发产品与实际蒸散发的相对误差在渭河南山支流区最小，其次是兰州以上地区；1982—2015年黄河流域水源涵养区实际蒸散发整体呈增加趋势，空间分布上自西到东逐渐增加；不同植被类型年均蒸散发差异较大，阔叶林的蒸散发最大（575.2 mm），其次是农田（504.3 mm），高山草甸的蒸散发最小（358.2 mm）；实际蒸散发变化主要受到太阳辐射与气温的影响。

关键词：实际蒸散发；遥感蒸散发产品；通量观测；影响因素；水源涵养区；黄河流域

青藏高原雪水比例时空变化特征

佘王康1，杨勤丽1，阳  坤2，姜尧志2，王国庆3

（1. 电子科技大学资源与环境学院，四川 成都  611731；2. 清华大学地球系统科学系，北京  100084；3. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210029）

摘要：为厘清青藏高原地区不同相态降水及其变化规律，本文基于第三极地区长时间序列（1979—2020年）高分辨率（1/30°，日）地面气象要素驱动数据集，采用基于表面高程和气象条件的雨雪识别方法，识别了青藏高原地区的降雨和降雪，分析了青藏高原雪水比例（SPR）的分布特征和时空演变规律。结果表明：①SPR空间分布差异显著，西高东低；②SPR整体呈下降趋势，平均以1.11% /（10 a）的速率显著降低；③冷、暖季均呈现降雨增加、降雪减少、SPR降低趋势，但暖季的变化速率和显著性高于冷季；④高原东西部降雪量在冷、暖季相当，高原中部以暖季降雪为主，高原暖季降雨量约占全年的90%，高原大部分地区暖季降雪占全年降雪的比例呈下降趋势（-0.29% /（10 a））。研究结果有望为区域气候变化和水科学研究提供科学依据。

关键词：降水相态；时空变化；雪水比例；青藏高原