1956—2016年中国降水量时空分布规律及变化特征
李原园，李云玲，郭旭宁，潘扎荣，刘为锋
（水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）
摘要：为应对气候变化背景下降水时空演变对经济社会发展和生态环境保护带来的挑战，基于第三次全国水资源调查评价1956—2016年逐月降水量观测数据，全面剖析了降水量在全国、水资源一级区、省级行政区的空间分布规律以及年际变化、年内分配等时间分布特征，探讨了降水时空分布的变化趋势。结果表明：中国南方地区多年平均年降水深为1 215.1 mm，北方地区仅为329.3 mm；各水资源一级区均出现连枯连丰现象，降水量越少的区域年际变化越显著；北方地区连续最大4 个月降水量占多年平均年降水量的70%～ 80%，南方地区则占50%～65%；1956—2016年全国降水量呈现出丰枯交替的现象，整体变化趋势未发生明显变化。
关键词：降水量；时空分布；年际变化；年内分配；变化趋势
1956—2016年中国水资源总量时空分布规律及变化特征
李原园，李云玲，郭旭宁，潘扎荣，刘为锋
（水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）
摘要：为摸清中国水资源演变新情势，科学合理地制定适应性水资源管理政策，利用第三次全国水资源调查评价1956—2016年数据，评估了全国、水资源一级区及省级行政区水资源总量及时空分布特征，揭示了水资源总量时空演变规律。主要结论如下：①中国南方水资源总量占全国水资源总量的81.5%，显著高于北方的18.5%；②中国水资源总量演变区域分异特征显著，水资源总量从东南向西北递减，南方产水系数普遍高于北方；③1956—2016年水资源总量变化趋势为西北、东南略增，其余地区减少。
关键词：水资源总量；时空分布；演变趋势
知识数据双驱动的感潮河网水动力智能模拟方法
袁赛瑜1，2，陈逸鸿1，罗 霄1，张汇明1，2，唐洪武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. 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室，江苏 南京 210098）
摘要：感潮河网地区大量水闸、泵站智慧高效的联合调度是实现河网活水提质的重要保障，但以往的智能模拟方法缺乏物理可解释性，难以准确描述感潮河网复杂的水动力过程。本文提出了一种知识数据双驱动的感潮河网水动力智能模拟方法，应用于概化感潮河网和上海蕰南片感潮河网的水动力模拟。结果表明：以人工神经网络为主干、以河网水流控制方程作为物理约束，构建包含控制方程残差的人工神经网络损失函数，不断迭代优化神经网络权重集直至损失函数满足要求，从而实现同时具备物理可解释性和高效计算效率的感潮河网水动力智能模拟；该方法区别于传统人工神经网络，表现在所需的训练数据大幅度减少，还可以得到没有训练数据断面的水动力过程；该方法具有良好的模拟精度、计算效率以及鲁棒性。
关键词：水动力模拟；感潮河网；智能模拟；知识驱动；数据驱动
三峡入库洪峰组成变化及原因分析
陈 立1，徐莎莎1，张 为1，翟少军2，刘新波2，杨 磊3
（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 武汉 430010；3. 中国长江三峡集团有限公司武汉科创园，湖北 武汉 430010）
摘要：洪峰流量是洪水特征的重要指标，其组成变化对水库调度十分重要。三峡入库洪水组成研究多聚焦3 d 及以上时间，对洪峰来水组成关注不足。本文利用1976—2020年长江上游实测雨洪资料，通过数理统计分析三峡入库洪峰的来源组成及变化，并从降雨方面解释变化原因。结果表明：洪水涨落过程中越接近峰值，嘉陵江贡献越大，岷江、沱江贡献稳定，金沙江贡献越小。洪峰流量小于30 000 m3/s 时，金沙江来水占主（34%）；大于40 000 m3/s 时，嘉陵江来水占主（42%）；30 000～40 000 m3/s 区间，不同时段来水占主的流域在发生调整。除金沙江流域来水受降雨和水库调蓄共同影响外，其余流域流量变化与降雨变化呈正相关。不同时段嘉陵江流域降雨变化较大，导致流量变幅较大，是引起洪峰组成发生变化的主因。
关键词：洪峰；面雨量；来源组成；三峡水库
考虑遥相关因子的月降水数据偏差校正方法
闫宝伟1，2，常建波1，2，孙明博1，2，古东霖1，2，周学叡1，2，杨东旭1，2
（1. 华中科技大学土木与水利工程学院，湖北 武汉，430074；2. 华中科技大学数字流域科学与技术湖北省重点实验室，湖北 武汉，430074）
摘要：多源降水数据校正对于缺资料地区水文规律的分析及模拟至关重要，当前校正方法对气候要素考虑不足。为此，基于ERA5、ERA5-Land、MSWEP-V2和PERSIANN-CDR多源降水数据集与遥相关因子集，结合XGBoost-SHAP模型进行特征筛选与成因分析，构建基于BiLSTM的降水数据偏差校正模型，采用贝叶斯优化（BO）策略寻求模型的最优超参数组合，以进一步提高校正精度。选取汉江上游为研究对象，对多源降水数据进行偏差校正。结果表明：①大气环流类因子是汉江上游降水形成的主要影响因素，北半球副高脊线位置指数的影响最大；②与传统的统计类方法相比，BO-BiLSTM略逊色于表现最优的参数转换法，但可以更加灵活地考虑多个因子的影响；③考虑遥相关因子后，多源降水数据校正的测试期纳什效率系数平均提升了5.4%，均方误差平均降低了24.6%，Kling-Gupta效率系数平均提升了10.5%。研究成果可为数据匮乏地区月降水的高精度估算与延长提供切实可行的技术方案。
关键词：月降水；偏差校正；遥相关因子；多源降水数据集；BiLSTM模型
黄河下游游荡段畸形河势的时空分布及演变规律
秦梦春，白玉川，徐海珏，刘军政，白 洋
（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）
摘要：1985年以来黄河下游游荡段畸形河势频发，为科学治理黄河增加了难度。本文采用深度学习方法精准解译遥感影像，结合历史数据资料，系统研究了黄河下游游荡段1985—2023年畸形河势的时空分布，重点分析了游荡段上段、中段和下段的3个典型畸形河势河段的演变过程。为了定量表示主流偏离治导线的程度，提出了偏离规划度的概念，然后从局部河段、单个河湾和断面3个尺度的形态变化分析了游荡段畸形河势的演变规律。研究结果表明：小浪底水库运行后畸形河势位置发生了上移，目前多发生在游荡段上段；枯水多沙条件易形成畸形河势；偏离规划度小于0.2的河段不会发生畸形河势；畸形河势的发展受到河床质的影响，裁弯会从深泓点开始冲刷，并不断往两侧发展。本研究成果可为科学治理黄河下游游荡段提供参考依据。
关键词：畸形河势；时空分布；演变过程；遥感影像；治导线；黄河下游游荡段
北洛河上游植被恢复对河川径流组分影响的定量区分
潘成忠1，陈恬玥1，晁智龙2，李 萍3
（1. 北京师范大学水科学研究院，北京 100875；2. 陕西省水文水资源勘测局，陕西 西安 710086；3. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100）
摘要：植被恢复和气候变化对半干旱黄土区径流及其组分的定量贡献仍不明确。采用弹性系数法定量探讨了植被恢复和气候变化对北洛河上游吴旗、志丹、刘家河水文站径流深及其组分变化的贡献。结果表明：1971 —2010年，3站径流深、地表径流深均呈显著减少趋势，地表径流占总径流的45%～56%，各站基流深变化趋势不一致，突变点均在2002—2003年；1999年以来北洛河上游林草地面积占比增加15.1%，且以林地为主；植被恢复、降水和潜在蒸散发对3站径流深减少的平均贡献率分别为73%、19% 和8%，对地表径流深变化的平均贡献率分别为67%、19% 和14%，且植被恢复程度越好其贡献率越大。良好的植被恢复显著减少河川径流和地表径流，但可能增加基流，研究结果可为该区水资源开发利用提供依据。
关键词：径流变化；植被恢复；驱动因素；基流；北洛河上游
抽水蓄能电站水平弯段侧式进/出水口的优化
郭港归1，刘亚坤1，魏 杰2，卢洋亮1，张 帝1
（1. 大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116081；2. 中国电建集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙 410014）
摘要：抽水蓄能电站工程受地形影响引水隧洞存在水平转角，导致出流工况进/出水口各流道流量差异较大。本文以某工程中带水平弯段转角为29.27°的侧式进/出水口为研究对象，基于三维数值模拟分析弯段中迪恩涡结构的演变规律，探讨2种解决侧式进/出水口偏流问题的措施。结果表明：①迪恩涡导致隧洞断面主流呈“月牙形”分布，弯段内侧出现低流速区，导致隧洞流速分布不均。②减少隧洞转弯半径、增加导流板可以减少隧洞段偏流侧的流速、缓解流速分布的不均匀度，但导致偏流侧中间流道的流量增大；在此基础上中墩前移可均衡各流道流量，实现进/出水口流量的均匀分配，但以上联合措施会增加额外的水头损失。③偏转隧洞轴线使隧洞顶部和底部产生迪恩涡，抵消原断面中心迪恩涡的影响，显著改善了隧洞流速分布的不均匀性，实现进/出水口流量的均衡。研究成果对带弯段的侧式进/出水口设计具有指导意义。
关键词：侧式进/出水口；水平弯段；迪恩涡；流量分配
城市暴雨洪涝灾害链演变特征及减灾途径
卢兴超1，2，徐宗学1，2，施奇妙1，2，唐清竹3
（1. 北京师范大学水科学研究院，北京 100875；2. 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室，北京 100875；3. 水利部水资源管理中心，北京 100038）
摘要：中国城市暴雨洪涝灾害已呈现南北多线并发、洪涝与台风叠加的特征，灾害传递过程的复杂性和不确定性使得致灾结果具有严重性，灾害链是灾害传递过程中物质与能量的载体。按照“灾害链链生解析—灾害链演变特征—断链减灾途径”路线，开展城市暴雨洪涝灾害链传递、链式演变特征及减灾途径研究。城市暴雨洪涝灾害链的链生模式受外部破坏表现行为、系统结构形式和所处环境的共同作用，按灾害特征可分为串发式、并发式和复合式；灾害链传递过程呈现同源性与共发性、累积性与放大性、多变性与复杂性的演变特征；灾害链断链途径涵盖致灾因子、孕灾环境、承灾体以及应急管理措施。以郑州“7·20”暴雨灾害事件及其“地铁5号线亡人事件”为例，解析了实际降雨情景下灾害链的链生过程和断链减灾提升策略，采用灾前防控、灾中处置、灾后应急等策略对灾害链的断链减灾具有重要意义。
关键词：城市暴雨洪涝；灾害链；链生机制；演变特征；减灾途径
耦合不确定性的城市排水系统实时控制研究进展
罗鑫燃1，郑雅莲2，刘 攀3，王殿常1，王万琼1，彭寿海1
（1. 中国长江三峡集团有限公司长江经济带生态环境国家工程研究中心，湖北 武汉 430014；2. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010；3. 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：气候变化和快速城市化背景下，城市排水基础设施与城市发展需求的不匹配愈加显著，城市排水系统溢流问题日益突出。实时控制可显著提高城市排水系统的运行效率，是缓解排水系统溢流的有效途径。然而，城市排水系统的复杂水力特性及运行环境的恶劣性使其实时控制面临诸多不确定性的挑战，存在溢流控制效益不显著甚至失效的问题。本文梳理了城市排水系统实时控制的不确定性来源，从数据不确定性、实时控制方法不确定性、过程模型不确定性和排水条件变化4个角度分析了不确定性对实时控制效益的影响；其次，从不确定性表征、耦合不确定性因素的实时控制建模以及实时控制模型的高效稳健求解3个方面总结了不确定性条件下的城市排水系统实时控制研究进展；最后，针对当前研究面临的挑战，提出未来可从数据观测误差对实时控制的影响、应对突发事件的风险控制策略、耦合多维不确定性的多目标控制模型以及实时控制模型的时效性提升等方面进一步开展研究。
关键词：城市排水系统；实时控制；不确定性；排水系统溢流
管网排水能力对雨水口堵塞和管道淤积的响应规律模拟
侯精明1，王梓驿1，李东来1，卜良河1，陈光照1，杨宇英2，方 媛3
（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；3. 陕西渭河生态科技研发有限公司，陕西 西安 710000）
摘要：雨水管网系统作为城市排涝的主要通道，其排水性能易受管道淤积和雨水口堵塞的影响，探明雨水口堵塞和管道淤积程度对管网排水能力的影响，对评估城市洪涝发展过程具有重要意义。以唐山市路北区龙王庙以西为研究区域，基于GAST-SWMM耦合模型，对不同雨水口堵塞和管道淤积条件下的管网排水过程和地表积水量进行模拟分析。结果表明：随着管道淤积和雨水口堵塞程度的增加，管网排水能力逐步下降，且变化趋势越发显著；管道无淤积时，雨水口由无堵塞增加至堵塞75%，不同降雨重现期下峰值流量相较无堵塞时平均减少5.30%～37.8%，地表积水量平均增加2.48%～14.6%；雨水口无堵塞时，管道由无淤积到淤积75%时，峰值流量平均减少20.9%～84.6%，地表积水量平均增加4.46%～24.1%；此外，当堵塞或淤积单一因素逐渐加剧并达到显著水平时，另一因素对管网系统排水能力的影响会相对减弱。研究结果可为不同状态下雨水管网排水能力分析和水灾害防治提供依据。
关键词：排水管网；雨水口堵塞；管道淤积；峰值流量；地表积水量
城市入河雨水管道水动力特性试验研究
郑子萱1，郑飞飞1，唐洪武2，张汇明2，汪怡然1，袁赛瑜2
（1. 浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058；2. 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室，江苏 南京 210098）
摘要：管道下游高水位顶托是影响雨水管网排涝的关键因素，对城市内涝防控至关重要，但其水动力过程作用机理尚不清晰。通过上游水池-试验管道-下游渠道物理试验，研究下游河道状态对城市入河雨水管道排水能力的影响机制。结果表明：对于较大坡度管道，尽管在顶托初始阶段流速下降，但顶托作用能对非满流管道产生抽吸效应，增加管道过流面积并促进排水（增幅可达18.7%）；过度顶托将显著抑制排水（降幅可达20.3%）；下游河道流动可以改善受顶托管道的排水能力，降雨过程排水总量和峰值流量随河道流速增加而增大，最大分别提升4.6%和8.5%。研究结果加强了下游河道高水位顶托对管道排水过程作用机理的认识，为城市河网调控及相关排水工程设计提供了科学指导。
关键词：入河雨水管道；城市内涝；顶托作用；水动力过程；管道排水能力
降水空间信息的处理策略对径流预测的影响
高玉芳1，2，何 川1，彭 涛2，3，高 勇4
（1. 南京信息工程大学生态与应用气象学院，江苏 南京 210044；2. 三峡国家气候观象台，湖北 宜昌 443099；3. 中国气象局武汉暴雨研究所中国气象局流域强降水重点开放实验室，湖北 武汉 430205；4. 泰安市水利局，山东 泰安 271000）
摘要：降水空间信息的精确提取对径流预测的精度至关重要。本文以赣江流域为研究对象，基于长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）模型，设计原始图像、小波分解、统计特征、面平均值、区域划分5种降水空间信息提取方案，研究降水空间信息不同处理策略对基于LSTM模型的径流预测性能的影响。结果表明：相较于直接使用原始图像的方案，综合运用小波分解和统计特征提取的处理方法测试期纳什效率系数分别提升了11.5%和17.9%，同时也增强了模型的稳定性和解释性；不同的区域划分方法能结合土地利用、土壤类型等下垫面因素，反映降水响应的空间差异性，展现了对各流量等级的适应能力，相较于以流域平均值作为输入的方式，能明显提高捕捉高流量和低流量特征的能力。研究表明在基于LSTM模型的降雨—径流预测模型中引入降水空间信息，可以有效改善预测效果。
关键词：径流预测；长短期记忆网络；卷积神经网络；小波变换
城市小流域暴雨洪水响应本构关系
魏翼飞1，2，崔彦萍3，周 昂2，4，王 强1，2，杨 龙1，2
（1. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023；2. 南京大学关键地球物质循环前沿中心，江苏 南京 210023；3. 江苏省水文水资源勘测局，江苏 南京 210029；4. 南京大学大气科学学院/中尺度灾害性天气教育部重点实验室，江苏 南京 210023）
摘要：降雨时空特征对洪水响应具有重要影响，为了探究城市化小流域暴雨洪水响应规律，在南京市九乡河流域建立分布式水文模型GSSHA，通过随机暴雨移置生成多场次降雨过程，模拟不同下垫面情景下洪水响应过程；利用可解释机器学习方法识别致洪暴雨关键特征因子，以此为基础构建流域尺度暴雨洪水响应本构关系模型。研究表明：GSSHA模型能准确模拟九乡河流域的产汇流过程；暴雨时空特征是控制流域洪水响应的关键因素，城市扩张减弱了洪水响应对暴雨时空结构特征的敏感程度；本构关系模型为城市小流域暴雨洪水响应规律提供了数学表达，对洪峰量级预测的平均相对误差约为0.154，预测精度高，可为城市洪涝高效预警提供科学支撑。
关键词：GSSHA 水文模型；随机暴雨移置；降雨时空特征；暴雨洪水
基于贝叶斯推断的长江口复合洪水潜在风险
殷成团1，孙忠滨1，熊梦婕1，王金华1，章卫胜1，刘 悦2，3，张金善1
（1. 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 210024；2. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098；3. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029）
摘要：在全球持续变暖背景下，河口复合洪水事件频发。台风、强降雨、河道洪水和风暴潮等灾害因子的影响相互叠加，严重威胁沿海城市的防洪安全。基于观测资料和数值模拟重构了1959—2020年复合洪水灾害因子数据集，采用基于贝叶斯推断的Copula方法，分析了长江口风暴潮“二碰头”“三碰头”事件的风险性及其不确定性。结果表明：1988—2020年长江口徐六泾站年极值高水位呈明显下降趋势，主要原因是风暴潮强度的减弱；长江口地区极端风暴潮高潮位与强降雨的遭遇风险较高，重现期为89 a，而大通径流与台风及其伴生事件在统计上近似独立；忽视变量间的相关性会显著低估复合洪水灾害的风险，且随着灾害因子重现期的延长低估愈加明显；长江口风暴潮“二碰头”事件风险低估幅度高达77.7%；自然变化导致的风暴潮“二碰头”重现期不确定性为[−12.6%，16.3%]；相较于风暴潮和依赖性，降雨是长江口复合洪水风险不确定性的主要来源。
关键词：复合洪水；风暴潮；不确定性；贝叶斯推断；Copula 方法；长江口
