气候变化下长江中下游干流洪水特征研究

吴永妍¹，曾思栋²，季永月²，刘 强¹，毛文耀¹，夏 军³

(1. 长江设计集团有限公司，湖北 武汉 430010； 2. 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆 400714； 3. 水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072)

摘要: 研究气候变化下长江中下游干流洪水变化规律对该区域防洪具有重要意义。基于全球气候模式（GCMs）和分布式时变增益水文模型（DTVGM），预估了未来气候变化条件下长江中下游干流典型站点洪水响应特征。结果表明，长江中下游干流径流量在4 种共享社会经济路径（SSP）情景下均呈现上升趋势，尤其在SSP5-8.5高排放情景下，季节性水文变动更为剧烈且持续。不同气候情景和模式下，大通、汉口、螺山和宜昌等4个站点的年最大洪峰流量和最大3日洪量均有增长趋势。未来小洪水、中洪水、大洪水、特大洪水发生比例依次减小。相较SSP3-7.0情景和SSP5-8.5情景，SSP1-2.6情景和SSP2-4.5情景发生小洪水的比例更高，而发生大洪水和特大洪水的比例则更低。在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，大洪水以上量级的洪水发生概率增大，且这两种情景下大洪水的发生趋于极端化。研究结果可为长江中下游干流防洪规划提供科学依据。

关键词：气候变化； 洪水演变； DTVGM 模型； CMIP6； 长江中下游干流

面向水环境提升的平原城市河网水动力调控方案研究

廖轶鹏^{1, 2}，黎东洲^{1, 2}，李 云¹，粟一帆^{1, 2}，范子武^{1, 2}

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水利部太湖流域水治理重点实验室，江苏 无锡 214131)

摘要: 为了更好地解决城市河网水环境问题，系统分析水动力调控作用对河网水环境提升的效果。以苏州平原古城区河网水质提升为目标，基于古城区水质现状的原型观测，采用一维水动力-水质耦合模型研究了3种引水条件、4种调控方式下的古城河网水质改善效果。结果表明，现状条件下苏州古城河网的主干河段溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）质量浓度仍处于Ⅳ类水标准；随着水动力调控时间的增加，河网中河道水质改善幅度逐渐提高并趋于稳定；在所设计的两种水动力调控方案下，河网内大部分河道的水质可满足要求，达标率可达90%。研究结果可为苏州古城区等类似平原城市河网水质提升提供技术参考。

关键词：平原河网； 水动力； 水环境提升； 调控方案

2022年长江中下游干流河道输沙与冲淤变化特点

肖 潇¹，吴时强²，吕超楠³，董炳江¹

(1. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 中国长江三峡集团有限公司，湖北 宜昌 443100) 

摘要: 2022年长江流域遭遇了汛期反枯的极端水文气象条件，导致长江中下游的水位降至有实测资料记录以来的同期最低，该极端水文情势使长江中下游河道冲淤变化出现了新特征。基于详细实测水沙监测及固定断面资料，对2022年极端水文气象条件下长江中下游干流河道输沙的冲淤变化特点进行深入分析。结果表明：1—6月份长江中下游各测站输沙量有增有减，总体上输沙量保持相对稳定；7—12月份各测站输沙量均出现了大幅下降，宜昌至九江河段通过输沙量法计算得知冲刷的泥沙总量为2 391万t，通过断面法计算得知湖口至江阴河段泥沙淤积量为4 657万m³（湖口至大通冲刷量为1 211万m³，大通至江阴淤积量为5 868万m³），江阴以下河段冲刷量为6 335万m³。上游来流减少和长江口潮位的影响是造成湖口至江阴河段淤积的主要原因。研究结果可为进一步探索长江中下游河道冲淤变化规律、预测未来的冲淤趋势提供重要参考。

关键词：长江中下游； 河道冲淤； 极端枯水； 汛期反枯

渭河干流洪水演变趋势与变异特征研究

王灵子¹，姜仁贵¹，赵 勇²，解建仓¹，汪雅梅³，吕喜玺⁴

(1. 西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048； 2. 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； 3. 陕西省江河水库工作中心，陕西 西安 710018； 4. 新加坡国立大学 地理系，新加坡 117568)

摘要: 通过揭示渭河干流洪水演变趋势与变异特征，为流域防洪减灾和水资源管理提供参考。考虑日径流特征对洪水序列分析的影响，基于渭河干流6个典型水文站点1990—2020年逐日流量资料，采用块极值模型（Block Maxima Model，BMM）、超阈值峰量模型、Mann-Kendall 检验和Pettitt突变检验分析洪水演变趋势与变异特征。结果表明：渭河干流洪水发生的时间和空间尺度上存在差异，时间尺度上，在1990—1993年、2003—2005年、2011—2013年及2018—2020年洪水出现频率较高；空间尺度上，渭河中下游地区发生洪水灾害频率较高。年最大洪峰流量总体上呈现增加趋势，超定量洪水发生次数呈减少趋势，洪水指标序列的变异点存在集聚性。研究结果可为流域防洪安全和水资源开发利用提供依据，助力流域高质量发展。

关键词：渭河干流； 洪水特征； POT 模型； Mann-Kendall 检验； Pettitt突变检验

鄱阳湖高水位水文成因分析——以2020年为例

武少轩^{1, 2}，唐雄朋²，李国文³，陈 静³

(1. 北京师范大学 水科学研究院，北京 100875； 2. 北京师范大学 自然科学高等研究院 水科学研究中心，广东 珠海 519087； 3. 江西省水文监测中心，江西 南昌 330029)

摘要: 湖泊承担着天然拦蓄洪水的作用，面对特大洪水，因湖泊库容限制有产生堤防漫溢及湖区下游险情的风险。因此需要针对洪水进行成因分析，在成洪条件出现时及时采取措施以减小洪水危害。2020年，鄱阳湖流域发生超历史大洪水，长江干流、鄱阳湖水位长期居高不下，以鄱阳湖流域为研究对象，基于2020年流域内雨量站、水文站等地面观测数据，利用统计分析法对本次高水位的成因进行系统分析。结果表明：汛期流域内降水及降水带来的径流使得鄱阳湖来水增加，是鄱阳湖形成高水位的主要原因；长江干流洪水顶托在洪水初期推动了鄱阳湖高水位的出现，这对鄱阳湖高水位的维持起着重要作用。对鄱阳湖2020年洪水成因的分析，可为流域性洪水成因分析提供理论依据和决策指导。

关键词：鄱阳湖； 高水位； 洪水成因

基于遥感分析的闽江下游河道演变特征及成因分析

何立滢¹，周 聂¹，盛 晟¹，胡朝阳²，陈 华¹，许崇育³

(1. 水资源工程与调度全国重点实验室（武汉大学），湖北 武汉 430072； 2. 福建省水利水电勘测设计研究院，福建 福州 350001； 3. 奥斯陆大学 地球科学系，挪威 奥斯陆 N-0316)

摘要: 河流形态演变与区域社会经济发展和生态环境密切相关。以闽江下游为研究对象，采用神经网络算法解译1990—2021年遥感图像中的河道信息，分析水体、沙洲及边滩面积变化和河道摆动情况，探究河道形态演变特征与成因。结果表明：构建的神经网络算法可用于遥感水体提取，水体提取平均准确率达95%，平均查全率达90%。近30年闽江下游沙洲和边滩面积总体减少，其中1990—2000年河道以展宽为主，2000—2011年河道以收缩为主，而后河道形态较为稳定。闽清闽侯段洲滩减少，河道拓宽；北港段洲滩被占用，河道收缩；南港段边滩面积减少，河道展宽；马尾段河道形态相对稳定。闽江下游河道形态受水库运行、采砂活动、地质因素、工程建设和潮流作用等多因素影响。研究结果可为类似河流演变研究和规划保护提供借鉴。

关键词：遥感解译； 河道形态； 感潮河段； 闽江下游

珠江河口风暴潮增水特征及经验预报

许劼婧^{1, 2}，叶荣辉³，刘 培^{1, 2}，黄代忠²

(1. 水利部珠江河口治理与保护重点实验室，广东 广州 510611； 2. 珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州 510611； 3. 水利部珠江水利委员会，广东 广州 510611)

摘要: 珠江河口受强台风影响频次较高，地处粤港澳大湾区核心区域，经济发达，风暴潮灾害通常给其造成严重损失。基于珠江河口典型水文站澳门内港站近50年长序列潮位资料，分析认为澳门内港站45%的年极值潮位是受台风影响导致，实测潮位极值发生在天文高潮位前后1 h内的概率约为82%，而增水极值与天文潮极值相位呈现较为明显的非均匀双峰分布，增水峰值发生在天文潮高潮位的频率仅5%。台风路径及登陆点对风暴潮增水的数值、持续时间等特征要素均有较大影响。西北向和西进型路径台风造成风暴潮增水较大且占比多，造成超30 cm增水的次数约占台风影响总次数的90%。当内港站位于台风的左半圆时增水量值相对较小；当内港站位于台风右半圆，增水幅度相对更大。同时存在登陆点越靠西，风暴潮增水持续时间更长、增水幅度越小的趋势。本研究还建立了风暴潮增水与台风强度、路径、登陆点的极值增水预报公式，拟合值与实测值的拟合度高。研究结果可为区域风暴潮预报及灾害防控提供参考。

关键词：风暴潮增水； 台风路径； 风暴潮预报； 珠江河口

融合鱼类生境及航运的河流多目标生态流量研究

仕玉治^{1, 2}，钱秀红³，江伟伟⁴，黎明扬^{1, 2}，李新宇⁵，邱庆泰⁵，黄继文^{1, 2}，刁艳芳⁵

(1. 山东省水利科学研究院，山东 济南 250013； 2. 山东省水资源与水环境重点实验室，山东 济南 250013； 3. 山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心，山东 济南 250100； 4. 淄博市水文中心，山东 淄博 255000； 5. 山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安 271018)

摘要: 维持河流生态流量是保障水生态系统健康的基本要求，鱼类是水生态系统生物群落中的顶级物种。基于水生态调查，以生境模拟法为基础探究山东省小清河干流的生态流量。利用相对重要性指数选取不同季节的鱼类指示物种，结合生境调查和相关文献绘制鱼类生境适宜性曲线，利用生境模拟法求解黄台桥、岔河和石村水文站3个生态流量控制断面满足鱼类生境适宜性要求的生态流量；通过计算生态流量保证率对水文学方法和生境模拟法计算的生态流量进行比选，并结合小清河航运要求，确定小清河干流满足鱼类生境适宜性、水文节律性和航运要求的多目标生态流量。通过与3个控制断面长系列实测月平均流量比较求得多目标生态流量年平均保证率分别为98.21%、83.77%和80.13%，而岔河水文站6月份、石村水文站4、5月份保证率明显低于平均水平，需予以重点关注。

关键词：小清河； 生态流量； 生境模拟法； 水文学方法； 航运

融合SHAP和TSO-XGBoost模型的水路货运量预测

温 泉¹，余玉欢²，庄尚德²，牟军敏³

(1. 武汉软件工程职业学院（武汉开放大学） 商学院，湖北 武汉 430079； 2. 长江航道局，湖北 武汉 430023； 3. 武汉理工大学 航运学院，湖北 武汉 430063)

摘要: 水路货运量需求受诸多因素影响，长江干线中游“645”工程实施后，航道通航条件得到了明显改善，为了更好分析工程实施后货运量变化趋势，提出一种新的水路货运量预测模型。首先，采用二次插值法和KNN反距离权重插值法解决高维面板数据中时间粒度不统一与缺失问题，利用层次聚类和SHAP值的可解释性综合筛选关键影响因素特征序列，降低预测模型输入数据的维度和规模，引入Halton低差异序列和准反射学习策略（QRBL）大幅提升金枪鱼群优化算法（TSO）的寻优效能，增强TSO 算法对极限梯度提升（XGBoost）模型中决策树数量、决策树的深度、学习速率等决定模型拟合能力的超参组合寻优效果。结果表明，新模型预测精度显著优于对比模型，可更好地适用于多特征影响因素下的水路货运量预测研究。

关键词：金枪鱼群优化算法（TSO）； 极限梯度提升（XGBoost）； 水路货运量

曹娥江大闸闸下地形影响因素分析及预测

林一楠^{1, 2}，潘 虹³，胡成飞^{1, 2}，郑国诞^{1, 2}，杨伟军³

(1. 浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020； 2. 浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020； 3. 绍兴市曹娥江流域中心，浙江 绍兴 312366)

摘要: 曹娥江大闸建成以来闸下冲刷问题比较突出，已陆续实施了3 次防冲加固措施。为厘清闸下冲淤规律及其主要影响因素，基于长系列实测资料、数学模型成果和物理模型试验数据，分析了钱塘江涌潮、大闸泄水量和前期地形对闸下冲淤的影响。研究表明：（1）钱塘江涌潮会造成闸下大范围淤积，在大闸不泄水情况下，闸下单月平均淤积可达2.2 m；（2）大闸泄流时将闸下泥沙向下游单向输移，是造成闸下河床刷深的主要动力因素。由闸门泄水量和闸下冲刷幅度关系可知，闸门泄水量越大则闸下最深点高程降幅越大；（3）闸下前期地形也是影响冲淤幅度的重要因素，在闸门泄水量不变情况下，前期地形越高则冲刷幅度越大。通过多元回归分析建立了与大闸泄水量、前期地形相关的闸下冲刷幅度预测计算式，可为大闸的运行调度和闸下防冲提供参考。

关键词：冲刷； 多元回归分析； 曹娥江大闸

基于NDWI及扩展指数的地表水分变化监测——以宿鸭湖水库为例

刘苏宜¹，黄 对²，王建军³，余钟波¹

(1. 河海大学 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098； 2. 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； 3. 驻马店市宿鸭湖水库运行中心，河南 驻马店 463000)

摘要: 基于遥感绿光波段和近红外波段对地表水分反射率的差异，探索使用归一化水体指数（NDWI）及扩展指数监测地表水分变化。利用2018—2022年的多时相Sentinel-2光学影像，比较NDWI 固定阈值为0和OTSU自适应阈值法（Otsu's thresholding method）在水体提取中的效果，进一步提出时序二值化NDWI差值指数（NDWIb-del）、归一化NDWI差值指数（NNDWIdel）用于识别水体动态转换与地表水分动态变化，并以宿鸭湖大型水库为例进行分析。结果表明：NDWI阈值为0的提取效果优于OTSU阈值，后者有效期不足50%。水体分布与清淤扩容动态密切相关，2018年主要是西北部和西岸水体的自然变化；施工后，2019年库西水体减少，2020—2021年深水带与一号人工岛附近及坝后排泥区水体面积增加，2022年二号至三号人工岛附近水体持续增加。NDWIb-del方法的监测结果显示，2019—2022年，施工填筑区、深水带区与坝后堆泥区有明显的水体转换。NNDWIdel的监测表明，2019—2022年指数值的极端变化对应水体与非水体的转换，指数值的适中变干和适中变湿对应极端变化的前序阶段，包括土方填筑导致的水体减少和淤泥堆放导致的水体聚积等不明显转换区。本研究基于NDWI指数扩展两种遥感监测指数，为地表水分和环境变化的自动高效监测提供了新方法。

关键词：光学遥感； 归一化水体指数； 时序二值化NDWI 差值指数； 归一化NDWI 差值指数； 地表水分； 宿鸭湖水库

水平地震作用下高桩码头桩基内力增大系数研究

高树飞，荆范礼，冯云芬

(聊城大学 建筑工程学院，山东 聊城 252000) 

摘要: 为更加简便地确定高桩码头在双向水平地震作用下的桩基内力，提出将码头在横向地震作用下的桩基内力乘以增大系数得到总内力的计算方法。为得到增大系数的解析表达式，将码头实际的离散化桩基等效为连续的桩基，并考虑双向水平地震惯性力同时作用在码头的2个主轴方向，基于静力平衡条件进行计算式推导。为验证所提出计算式的合理性和准确性，选取20组双向水平地震动记录，对不同长宽比、偏心率的码头进行时程分析，确定相应的内力增大系数，并与计算式的结果进行对比。研究表明，桩基内力增大系数计算式可以表示为码头长宽比和偏心率的函数，且具有一定的普遍适用性和计算精度，可代替复杂双向水平地震作用下的地震反应分析。

关键词：高桩码头； 水平地震作用； 桩基内力； 增大系数； 扭转效应

石漠化边坡板槽降雨利用室内试验及工程数值模拟

高 山¹，周 成²，周泽昶³，罗 祺¹，范丽娟²，廖烟开⁴

(1. 广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029； 2. 四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065； 3. 广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530011； 4. 四川蜀道铁路投资集团有限责任公司，四川 成都 610060)

摘要: 石漠化地区雨季虽然降雨丰沛，但由于复杂的岩溶地质结构渗漏导致边坡缺土少水，从而制约了石漠化边坡的植被恢复，如何实现降雨集蓄利用，成为目前绿色公路建设中石漠化边坡植被恢复的热点问题。在广西贺巴高速来都段某石漠化边坡，应用梯级新型板槽的植被恢复技术，并基于该技术开展了植被板槽降雨集蓄利用的室内试验及工程模拟数值分析。结果表明，由于没有模拟坡面径流汇入板槽，植株对板槽蓄水过程的影响主要体现在植物冠层对降雨的截流作用上。在降雨之后的干燥期，板槽内填土可在一段时间内保持适合植物生长的含水率。通过工程模拟数值分析，探究了不同降雨特征下植被板槽的降雨集蓄及持水能力，有助于揭示在雨季和旱季石漠化边坡板槽底部蓄水层的雨水集蓄及上部填土层含水率的空间分布特征，发现工程实施中可能出现的问题并提出对策。该研究结果可为在石漠化边坡现场应用植被板槽提供理论依据，促进石漠化地区绿色公路的建设发展。

关键词：石漠化边坡； 边坡植被恢复； 梯级新型植被板槽； 降雨集蓄利用

基于BIM+GIS的区域水闸安全监测分析预警系统研发

俞扬峰^{1, 2}，马福恒^{1, 3}，娄本星¹，叶 伟¹，罗 翔¹

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 南京瑞迪水利信息科技有限公司，江苏 南京 210029； 3. 水利部水闸安全管理中心，江苏 南京 210029)

摘要: 安全监测是保障水闸工程安全运行的重要手段，针对当前水闸安全监测中存在监测方法落后、监测数据孤岛、智能分析能力不足、可视化水平不高等问题，基于BIM、GIS、Cesium及WebGL等技术，设计了水闸安全监测分析预警系统的总体框架和技术架构，剖析了网关服务结构和处理机制，分析了三维可视化的实现方法和处理流程，划分了系统功能模块，研发了基于BIM+GIS的区域水闸安全监测分析预警系统。最后以沂沭泗老运河及伊家河两座水闸为例，利用SqlSugar多库架构ORM 框架构建了可支持多种数据库的体系，建立了可实现设备与业务系统双向通讯的网关服务，实现了水闸工程三维可视化、动态展示及在线预警等功能，可及时掌握水闸工程安全运行性态，提高水闸工程安全监测信息化水平。

关键词：水闸工程； 安全监测； 三维可视化； 分析预警

采用贝叶斯理论的渡槽结构有限元模型更新方法

吴西杰¹，张 龑²，尹进步¹，何军龄¹，张 曜¹

(1. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100； 2. 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: 渡槽在服役过程中，其结构状态受到多种因素影响会发生改变，在进行有限元分析时，建模所用参数并不是结构实时参数。因此，需要通过监测结构的动力响应来对结构的有限元模型参数进行更新，达到准确评价结构实际运行状态的目的。提出了一种基于贝叶斯理论的有限元模型更新方法，该方法以确定性模型更新结果作为不确定性更新的初始模型参数值，使用MH 算法得到模型参数的后验分布，通过ABAQUS 有限元模型与MATLAB 更新程序的交互访问，实现复杂结构有限元模型参数的自动更新。开展了渡槽模型试验，利用所提方法对渡槽有限元模型进行更新。结果表明，以确定性更新结果作为贝叶斯更新的参数初始值，有限元模型更新的计算效率提高了25%，更新后的误差为0.19%~6.42%，该更新方法能有效改善有限元模型的预测能力。

关键词：有限元模型； 模型参数更新； 贝叶斯理论； MH 算法； 随机子空间法

考虑分时电价的并联泵站日优化调度研究

渠谢雨¹，张 召²，白传贞³，杜梦盈⁴，屠绎炜⁵

(1. 天津大学 建筑工程学院，天津 300072； 2. 中国水利水电科学研究院，北京 100038； 3. 南水北调东线江苏水源有限责任公司，江苏 南京 210029； 4. 江苏大学 流体机械工程技术研究中心，江苏 镇江 212013； 5. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)

摘要: 跨流域调水泵站群是解决水资源空间配置不均的动力之源，虽然综合效益显著，但存在调水成本过高问题。为进一步探究泵站的经济运行，针对非同型机组的并联泵站，建立考虑分时电价的日优化调度模型，通过优化泵站调控时段及机组流量分配，实现并联泵站的日经济运行。以南水北调东线睢宁枢纽站为研究实例，分析流量的优化分配规律及调水成本对调控次数的响应规律。结果表明：设计扬程下，主要由睢宁二站机组适应输水流量变化；固定流量下，主要由沙集站机组适应泵站扬程变化；调控次数一定时，分时电价相较固定电价更能发挥调度潜能；分时电价下，增加日调控次数可节省更多成本，但节省幅度受约束条件限制。

关键词：并联泵站； 优化调度； 粒子群算法； 分时电价； 调控次数

北斗系统在水利工程安全监测中的适用性思考

刘 岩¹，侯文昂^{2, 3, 4}，杜镇瀚³，黄健峰³

(1. 黄河古贤水利枢纽有限公司，河南 郑州 450018； 2. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029； 3. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 4. 河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098)

摘要: 北斗系统（BDS）是中国自主研发的全球卫星导航系统，具有全球覆盖、短报文通信、实时定位等优点，近年来北斗系统在水利工程安全监测有了一定应用，但也受到了如精度不满足需求、解算成果不可靠等质疑。基于水利工程安全监测需求和北斗系统优势，梳理了北斗系统技术特点，分析了北斗系统在水利工程安全监测领域的适用性、优势及局限性，指出北斗系统在水利工程安全监测中的应急通讯、表面变形趋势监测等方面具有巨大应用潜力。通过加强解算能力、多传感器融合计算等方式，可发挥北斗系统在水利一张图、库容监测、表面变形监测等水利工程安全监测场景的作用，应加强其在水利工程安全运行管理中的理论研究和实践应用。

关键词：北斗系统； 水利工程； 水库； 堤防； 安全监测； 适用性分析