长江和黄河流域降水丰枯遭遇及不确定性分析

阮俞理1，2，张建云1，2，3，王乐扬3，4，刘翠善1，2，刘艳丽1，2，赵玮茹3，4

（1. 南京水利科学研究院水旱灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210029；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. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京  210098）

摘要：长江和黄河流域降水遭遇概率分析对中国南水北调工程水安全保障具有重要的意义。重构长江和黄河流域上、中、下游不同区域500a降水资料，采用Copula函数理论及多维方差分析方法，分析长江、黄河流域不同区域降水丰枯遭遇概率，并解析丰枯遭遇结果的不确定性及其主要来源。结果表明：长江、黄河流域间不同区域降水枯-枯遭遇概率均较小，均未超过20%，流域内部上、中、下游降水枯-枯的概率均未超过10%；丰-丰、枯-枯、丰-枯和枯-丰4种组合的遭遇概率计算结果不确定性较大，较上游和中游而言，下游的不确定性总体较小；边缘分布、Copula函数、数据样本长度间的相互作用是长江流域上、中、下游降水遭遇概率结果不确定性的主要来源，黄河流域则主要受不同数据样本长度的影响。

关键词：降水遭遇；不确定性分析；Copula 函数；长江流域；黄河流域

重庆市雨洪演变及未来洪涝风险预测

金君良1，2，李文鑫3，舒章康1，4，张建云2，4，许文涛1，2，刘翠善2，4

（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京  210098；2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京  210098；3. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安  710065；4. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京  210029）

摘要：全球气候变化和快速城镇化双重影响下，城市洪涝问题日益突出，严重威胁区域的可持续发展。本文基于1960—2019年重庆市水文气象数据和第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的10种全球气候模式，分析了重庆市极端降水、区域洪水的历史演变规律，构建了适用于重庆市的VIC-Cama Flood模型，并利用该模型对未来城市洪涝风险进行预估。主要结论如下：①重庆市1960—2019年极端降水量增多趋强，降水径流不均匀性上升；②VIC-CamaFlood模型在长江上游适用性较好，各子流域日径流过程模拟的平均纳什效率系数与相对误差绝对值分别为0.81、4.7%，水位模拟的平均纳什效率系数与相对误差绝对值分别为0.87、0.4%；③气候变化下重庆市未来极端降水大幅增加，不同情景下汛期超99%分位数年累积降水量较1985—2014年增加16.9%～85.9%；高排放情景下各站点年最大洪峰流量和年最大5日洪量的50年一遇值将缩短至20年一遇以下；④在不考虑水利工程调度影响下，未来气候变化将增加重庆市洪涝风险。极端降水-过境洪水-城市内涝的级联风险加剧将严重威胁城市防洪安全。

关键词：城市洪涝；极端暴雨；气候变化；VIC-Cama Flood模型；CMIP6

青藏高原水汽来源及其对降水变化的贡献

叶立娟1，2，王  文1，3，胡彦君1，3，张增信3 ，李宇诚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. 华东勘测设计院（福建）有限公司，福建 福州  350001；3. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京  210098）

摘要：1980年以来，青藏高原降水呈现北增南减的变化趋势，增加了水资源系统的复杂性和不确定性。为探讨其中原因，在已有降水再循环率计算方法的基础上，提出水汽输送追踪与不同水汽源区贡献率的估算新方法，量化不同水汽源区对青藏高原降水及其降水变化的贡献。研究表明：1980—2020年印度季风控制的西南源区、西风带控制的西部源区、本地再循环源区以及东亚季风控制的东南源区对青藏高原降水的水汽贡献率分别为38.5%、31.6%、24.6%和0.2%；西南源区为高原整体降水的增加贡献了42.9%的水汽，并且是高原西南部降水增加的主要水汽贡献者；本地再循环源区为高原整体降水的增加贡献了36.2%的水汽，是高原中部和北部降水增量的主要水汽贡献者；西部源区仅为高原整体降水的增加贡献了10.6%的水汽，并且其对高原西北部降水的水汽贡献量呈增加趋势，而对东部和南部降水的水汽贡献量有所减少。

关键词：降水变化；水汽输送；降水再循环；印度季风；西风；青藏高原

基于深度学习集合预报的水库闸门防洪优化调度

许月萍，陆豪楠，于欣廷，郭玉雪

（浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州  310058）

摘要：为了减轻洪水灾害的损失，有必要开展水库防洪预报调度的研究。针对目前水库防洪调度研究较少考虑闸门实际运行及调度方案可执行性的问题，提出以泄放闸门状态与状态持续时长为决策变量的精细化防洪优化调度模型，并且考虑入库流量预报不确定性的影响，将集合了Long Short-Term Memory（LSTM）、Gated Recurrent Unit（GRU）与Transformer深度学习模型的不确定性集合预报作为调度模型输入，在浙江省椒江流域开展实例研究。结果表明：集合预报精度较单一模型提高了4.6%，其不确定性预报结果可用于水库调度；精细化防洪优化调度相比常规调度优势明显，能降低平均最高坝前水位0.43m，降低下游控制断面平均洪峰流量32.9m3/s，方案效果受入库流量不确定性的影响更小，方案可执行性高，对水库防洪调度决策有重要的参考价值。

关键词：防洪调度；集合预报模型；深度学习；水库闸门；多目标优化；不确定性

面向水生群落系统稳定性的水库生态调度

王奕博1，曾  凌1，刘  攀2，李  雨1

（1. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉  430010；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）

摘要：水库运行导致下游水量和水质的时空变化，对水生群落系统稳定性造成了一定程度的影响。为探究水量和水质随机扰动在水生群落系统中的传播和累积效应并提升水库下游水生群落系统稳定性，通过构建随机动态系统模型，提出水生态系统稳定性评估指标“累积比”，以丹江口水库和汉江中下游为例开展多目标优化调度。结果表明：不同水量和水质指标在水生群落系统的不确定性传播系数差异较大，上游站点相比下游站点的群落系统在面临环境扰动时较稳定；优化调度方案的多年平均供水量和多年平均发电量相比常规调度方案分别提升了4.32%和0.26%，水库下游多站点的水生群落系统稳定性平均提升了1.58%。研究成果可为水资源管理和水生态环境治理工作提供技术支撑。

关键词：水库调度；水生群落；随机扰动；系统稳定性

小浪底水库降水排沙对其下游河床演变的影响

申冠卿，张原锋，王  平，张广明

（黄河水利科学研究院，河南 郑州  450003）

摘要：为充分认识水库排沙对其下游河床演变及防洪的影响，基于2018—2020年黄河水沙观测资料，研究了小浪底水库排沙期黄河下游河道泥沙输移规律、排洪“瓶颈”河段与宽河段泥沙空间调整及洪水前后水沙关系变化。结果表明：2018—2020年6场洪水共排沙10.911亿t，下游河道淤积比为58.0%～84.2%，明显大于1965—1999年与之来沙系数相近的洪水，泥沙淤积以粗沙占比最大，粗沙、中沙及细沙占比分别为44.4%、29.0%和26.6%；淤积主要集中在花园口以上河段，占比为79.1%，花园口—高村、高村—艾山段占比分别为15.9%和3.5%，花园口以上富余的河槽容积对暂滞泥沙发挥了有效作用，洪水期淤积物一般在排沙后当年或之后1～2a内可被冲走，对河道排洪基本无影响；洪水期悬沙与床沙相互交换，悬沙沿程变细，洪水过后花园口站床沙细化较明显。水库洪水期相机排沙改善了洪水后水沙关系，提高了水资源利用效率。研究成果丰富了多沙河流修建水库对下游河床演变影响的认识，为河道防洪及水库水沙调控提供了技术支撑。

关键词：河床演变；水库排沙；泥沙输移；水沙关系；黄河下游

长江中游宜昌—监利河段洪峰沙峰异步传播特性及成因分析

张  为1，陈颖琦1，李思璇2，薛居理1，李  昕1

（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. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉  430010）

摘要：洪峰沙峰异步传播会对河床演变产生重要影响，三峡水库蓄水以来，长江中游沙量更加集中于场次洪水，明确场次洪水过程的洪峰沙峰异步运动变化对深入认识水库下游河道冲淤调整尤为重要，但目前对于三峡水库蓄水前后长江中游洪峰沙峰异步特性变化及成因的认识还存在局限。本文基于长江中游宜昌—监利河段1993—2020年的实测水文资料，分析三峡水库蓄水运行前后坝下游的洪峰沙峰异步特性产生和变化的原因。结果表明：三峡水库蓄水前，宜昌—监利的场次洪水沙峰通常滞后于洪峰；三峡水库蓄水后，尤其是实施中小洪水调度期间，宜昌站沙峰滞后现象更加显著，坝下泥沙的补给效应减弱了沿程传播过程中沙峰的滞后特性。本文可为长江中下游防洪安全和优化水库运行管理等研究提供科学支撑。

关键词：洪峰沙峰异步；中小洪水调度；含沙量—流量曲线；三峡水库；长江中游

2002—2020年深圳湾河床冲淤特性及驱动机制

康远泰1，2，卢  陈1，2，高时友1，2，吴  尧1，2

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

摘要：明晰海湾冲淤变化规律与演变模式对城市化河口湾的开发利用具有重要意义。以深圳湾为研究对象，基于2002—2020年深圳湾高程数据，采用经验正交函数（EOF）、冲淤变化定量评估等方法开展年际冲淤变化特征、淤积模式研究，探讨冲淤变化影响因素。结果表明：深圳湾整体成淤积态势，内湾年淤积量为67.54万m3（平均淤积厚度为1.5cm/a），外湾年淤积量为35.22万m3（平均淤积厚度为0.98cm/a）；深槽-浅滩界面区域淤积是内湾的主要演变模式，但随着潮滩淤长，该模式逐渐减弱趋于平衡，外湾以深槽区域淤积为主；内湾南槽逐渐萎缩，由“宽窄型”向“等宽型”转变，伴随着喇叭口顶点位置西移、河控范围向下游延伸；潮流作用下的外界（伶仃洋）来沙是深圳湾淤积的主要来源，潮汐动力为主导的动力地貌相互作用是深圳湾演变的驱动机制，而极端天气下的伶仃洋动力格局显著影响深圳湾的冲淤变化。深圳湾治理须顺应以潮流为主导的外界来沙淤积模式。

关键词：冲淤变化；淤积模式；年际地形；影响因素；深圳湾

精细管网资料缺失城区雨洪过程近似模拟方法

李东来1，许  钰1，侯精明1，梁  鑫1，王雁鸿1，杨宇英2，吴发荣2

（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. 渭南市住房和城乡建设局，陕西 渭南  714025）

摘要：为解决精细管网资料缺失城区雨洪模拟中存在的模型物理过程不足、排水能力难以概化、管网溢流倒灌情形难以模拟等问题，提出考虑道路/雨水井排水概化方式+主干管网的精细管网资料缺失城区雨洪过程近似模拟方法。基于GAST-SWMM模型，在二维地表模型中道路/雨水井区域削减水量并将其汇入邻近主干管网雨水节点中进行管网汇流计算，以实现雨洪过程近似模拟。将近似模拟方法应用于河北唐山城市区域，并与精细管网耦合模型、主干管网耦合模型模拟效果进行对比分析。结果表明：在不同降雨重现期下，2 种近似模拟方法与精细管网耦合模型的地表积水峰值误差小于20%，管网排水峰值误差小于25%，较主干管网耦合模型分别提高10.2%～32.3%和53.1%～69.8%。表明本文提出的方法可近似表征精细管网排水效果，可为城市区域及其精细管网资料缺失地区的洪涝过程计算提供参考。

关键词：城市雨洪；管网资料缺失；近似模拟法；SWMM；耦合模型

边滩对分层河岸带潜流层溶质迁移过程的影响

窦传彬1，夏继红2，魏  杰3，祖加翼2，王  玥2，陈青生1，杨萌卓4

（1. 河海大学水利水电学院，江苏 南京  210098；2. 河海大学农业科学与工程学院，江苏 南京  211100；3. 中国电建集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙  410014；4. 南京水利科学研究院，江苏 南京  210029）

摘要：为探究边滩对分层河岸带潜流层溶质迁移过程的影响，利用双循环可控式河岸带模型，通过10组物理模型试验，定量分析了不同边滩淹没深度、河岸带基质和地表水流速条件下的溶质迁移特性。结果表明：边滩促进了滩前和边滩区域的溶质迁移，抑制了滩后区域的溶质迁移；随着边滩淹没深度的增加，溶质迁移速率和面积增加，但当边滩由部分淹没转变为完全淹没时，对溶质迁移过程的促进作用减弱；河岸带潜流层的分层结构显著抑制了溶质的微速迁移阶段，分层条件下微速迁移阶段的溶质质量仅为砾石条件下1/3；3种因素对溶质迁移过程的影响程度依次为淹没深度>河岸带基质>地表水流速。本研究丰富了河岸带潜流交换理论，可为河岸带生态修复提供科学依据。

关键词：边滩；淹没深度；分层结构；河岸带潜流层；溶质迁移

泄流槽型式对涌浪激发冰碛坝溃决过程的影响

路锦枝1，2，郭新蕾1，茅泽育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. 清华大学土木水利学院，北京  100084）

摘要：为研究初始泄流槽槽型对冰崩涌浪激发冰碛坝溃决过程的影响规律，基于嘉隆错冰湖典型特征参数，选取梯形、三角形及复式泄流槽3种工况开展冰碛坝溃决模型试验，分析溃口峰值流量和坝体横向及垂向侵蚀发展过程的变化。结果表明：冰崩体入水后涌浪呈现近似孤立波形态传播，反复冲刷坝体背水侧至形成完整泄流通道后，坝前已较难观察到明显涌浪，后续溃决发展类似于水位上涨式漫顶溢流溃决，溃口发生垂向下切和横向扩宽；3种工况下泄流槽槽型对峰值流量和断面侵蚀率的影响分别不超过3.05%和18.50%。研究成果有助于理解涌浪激发溃坝过程机理及水土作用下坝体的侵蚀发展与溃口拓展过程。

关键词：冰湖溃决；涌浪激发；泄流槽槽型；坝体侵蚀；峰值流量

溃坝水流冲击弹性板模型试验与数值模拟

张建伟，王兵鹏，侯  鸽

（华北水利水电大学水利学院，河南 郑州  450046）

摘要：研究流固耦合（FSI）问题对于准确预测水流与结构之间的相互作用具有十分重要的意义。基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法建立溃坝水流冲击弹性板数值模型，通过物理模型试验和有限元法（FEM）多角度验证SPH模型的有效性和优越性，通过分析流场的性质、流固作用力以及结构的频谱变化规律，进一步剖析自由表面流冲击下流固耦合本质特征。结果表明：①水流之间速度的跳跃和自由液面的强曲率导致在水流空腔处产生涡旋；②水流翻越弹性板时产生顺时针涡量，当撞击壁面的水流再次接触弹性板时由于流速的不同而产生逆时针涡量；③水流冲击下流固作用力呈现出先增大后减小再增大的变化趋势，弹性结构变形越小受到的力越大；④弹性结构固定端沿自由端振动频率逐渐降低，弹性板自由端变形越大其振动响应越弱，其一阶频率由2.88Hz减至2.44Hz，二阶频率由6.24 Hz减至5.68Hz，三阶频率由9.57Hz减至8.96Hz。

关键词：流固耦合；溃坝水流；振动响应；光滑粒子流体动力学

湖泊生态系统修复理论与技术研究进展

唱  彤1，郦建强1，陈文学2，郭旭宁1，刘为锋1，李云玲1，吴凤燕3

（1. 水利部水利水电规划设计总院，北京  100120；2. 中国水利水电科学研究院，北京  100038；3. 湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉  430064）

摘要：全球范围内湖泊富营养化日益严重，影响水资源可持续利用，导致生态系统功能退化，威胁社会经济可持续发展和生态安全。本文系统综述了稳态转换、营养盐控制、生物操纵和环境基准等湖泊系统修复基础理论和最新研究进展；结合国内外湖泊修复实践，对内外源污染物削减、生物措施、水利措施等修复技术方法进行概述。湖泊修复是一项长期艰巨的任务，针对目前尚未解决的问题和新的变化环境，提出科学建立修复目标、营养盐阈值确定、水生生物群落定量关系、流域管控体系建立等研究展望，以期为湖泊修复提供科学支撑。

关键词：富营养化；稳态转换；营养盐控制；生物操纵；环境基准；湖泊修复

分解集成模型在径流预报领域的研究进展

徐  腾1，2，刘家栋1，2，南统超1，3，鲁春辉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. 河海大学水利水电学院，江苏 南京  210098；3. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京  210098）

摘要：气候变化致使流域水文状况发生较大改变，传统水文模型已不足以精准捕捉日径流序列的复杂动态过程。分解集成模型作为一种能有效处理非线性、非平稳径流预报的混合模型，尚缺乏系统的研究总结，在一定程度上限制了其在径流预报领域的发展与应用。因此，本文综述了分解集成模型的理论基础、应用发展及现实问题，分类总结了主流算法的应用流程，展望了其未来的研究方向。结果表明：①分解集成模型可以有效地处理非线性、非平稳的径流预报；②不同的分解集成模型在径流预报中的适用性有所差异，需根据具体情况选择合适的模型结构和参数设置；③分解集成模型面临模态混叠、边界效应和数据泄露等问题，可尝试通过建立更复杂的耦合模型和改进分解策略缓解。分解集成模型在径流预报中展现出了良好的性能和广阔的应用前景，但仍需通过进一步优化算法解决实际问题，以提升模型的准确性和可靠性，为应对复杂水文变化提供更加可靠的预报工具。

关键词：分解集成模型；径流预报；水文模型；非平稳径流；混合模型