1957—2017年中国不同流域土石坝溃坝事件时空演化规律
周 宁，王 芳，李 铮，张 铸，李宏恩
（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：本研究旨在分析中国不同流域土石坝溃坝事件与厄尔尼诺现象之间的关联性，并探讨厄尔尼诺对水库大坝安全运行的潜在影响。基于1957—2017年中国气象站点逐日降水数据，采用合成分析和交叉小波方法，分析不同流域内厄尔尼诺对极端降水时空分布特征的影响，进而建立土石坝溃坝事件与厄尔尼诺现象之间的相关性。结果表明：九大流域内溃坝事件与厄尔尼诺显著相关，其中海河流域内溃坝事件与厄尔尼诺当年关联性更强，而黄河、长江和东南诸河流域的溃坝事件则更多地受到厄尔尼诺次年的影响；在相关性方面，黄河、长江及海河流域的强降水指数与厄尔尼诺指数之间显著负相关，且厄尔尼诺指数的变化通常超前于强降水事件约1 a。
关键词：溃坝事件；时空演化；极端降水；九大流域；厄尔尼诺
太湖流域典型下垫面土壤水响应规律及影响因素
王 强1，2，林芷欣3，贺瑞敏1，张建云1，吴 雷4，童 建5，许有鹏2，3
（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 210029；2. 南京大学关键地球物质循环前沿科学中心，江苏 南京 210023；3. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023；4. 安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036；5. 江苏省水土保持生态环境监测总站，江苏 南京 210012）
摘要：为揭示不同土地利用/覆被下土壤水动态变化规律，选取太湖流域城市绿地、耕地和林地3种典型土地利用/覆被类型，开展了连续（2018—2020年）原位观测（1h间隔），剖析了不同下垫面的土壤水响应规律及主要影响因素。研究表明：随着土壤深度增加，降雨后土壤含水量峰值逐渐增加（埋深10、20、1000px分别为25.90%、28.06% 和31.24%），而土壤水增幅、增加速率和消退速率逐渐降低；土壤水响应时间从上层到下层先增加后减小，耕地和林地深层土壤的响应时间快于中层；随降雨量级增加，各土壤水响应特征均呈现逐渐增加趋势；土壤水动态变化受到了降雨、物理参数、植被、前期湿度等多种因素影响，但不同土壤水响应特征的主导因素有所差异；前期湿度是土壤含水量峰值、增幅和增加速率的主导因素，前期含水量越高，土壤含水量峰值相对越大，但增幅和增加速率越小。研究结果可为不同土地利用/覆被下产汇流机理分析和水资源管理提供依据。
关键词：土壤水；次降雨事件；野外观测；土地利用/覆被；太湖流域
基于VIC和MLP-ANN模型重建中国陆地水储量数据
巨佳丽1，武传号2，3，胡晓农4，龚郑洁5
（1. 中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083；2. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098；3. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；4. 济南大学水利与环境学院，山东 济南 250022；5. 暨南大学生命科学技术学院，广东 广州 510632）
摘要：基于GRACE重力卫星的产品数据为大尺度的陆地水储量研究提供了重要支撑，但由于数据长度有限，无法满足长序列研究需求。基于气象和水文观测数据，利用可变下渗容量曲线（VIC）模型在中国十大水资源分区构建了流域水循环模型，基于模型输出的土壤水和雪水储量，并结合气象观测数据，构建了基于多层感知器的人工神经网络模型（MLP-ANN），重建了中国地区1980—2018年高分辨率（0.25°）的陆地水储量距平（TWSA）月尺度数据集，并利用2003—2018年的GRACE 数据对重建的TWSA进行评估。结果表明：①VIC模型总体具有较好的模拟效果，且湿润流域的模拟精度优于半干旱流域；②重建的TWSA在空间分布上与GRACE数据高度一致，可以较好地捕捉到绝大部分流域TWSA的年际变化特征及趋势；③1980—2018 年，TWSA在华北平原、辽东、松花江西部、西南及西北部分地区呈显著下降趋势（>5 mm/a），而显著上升趋势主要集中在西部的少部分地区（>20 mm/a）。重建的TWSA数据可为中国地区的水文气象研究提供数据支撑。
关键词：陆地水储量；GRACE；VIC模型；人工神经网络；数据重建；十大水资源分区
基于分布式模型的流域洪水时空特征分析方法
马 强1，王 莹2，3，魏 琳4，史朝旭2，3，王浩雯2，3，张晓祥3，5，刘昌军1
（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；2. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；3. 江苏省流域地理空间智能工程研究中心，江苏 南京 211100；4. 水利部海河水利委员会水文局，天津 300181；5. 河海大学地理与遥感学院，江苏 南京 211100）
摘要：为加深对极端暴雨条件下流域洪水形成机理的理解与认识，以“23·7”海河流域大清河特大洪水为例，提出一种基于分布式模型的流域洪水时空特征分析方法。采用时空变源分布式水文模拟方法，分别构建覆盖大清河南、北两支的分布式水文模型，开展分组并行模拟。结果表明：14个站点模拟洪峰误差平均值小于5%，纳什效率系数平均值为0.7，模拟结果较好。“23·7”特大洪水大清河北支平均径流系数为0.55，远高于南支流域（0.27），致灾洪量主要来自北支。北支流域在洪水过程中呈现超渗、蓄满混合产流模式，当该区域累计雨量超过107mm时，流域出现蓄满地表产流，当小时雨量超过15.3mm/h时，则可能出现超渗地表产流；对比大清河系南支，北支流域缺少大型控制性水利工程也是导致本次大清河特大洪水灾害发生的另一主要原因。
关键词：暴雨洪水；分布式模型；产流模式；时空变源；"23·7"特大洪水；大清河
基于地表-管道-河道耦合模拟的城市内涝风险评估
李小宁1，2，郑世威3，李宥霖2，陈 钢2，王船海2
（1. 江苏大学环境与安全工程学院（应急管理学院），江苏 镇江 212013；2. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；3. 南京慧水软件科技有限公司，江苏 南京 210036）
摘要：为评估城市排水不畅引发的内涝风险，提出地表-管道-河道耦合的城市内涝风险评估方法，建立常州市城市产汇流与内涝试验基地模型，选取不同设计降雨情景进行内涝风险模拟。结果表明：受管道埋深和排水能力的影响，检查井溢流主要发生在管道下游段；随着重现期的增大，满管流管段比例平均由72.46%上升至82.27%，溢流节点比例由1.95%上升至4.11%；尽管大部分检查井并未发生溢流冒水，研究区域内仍然存在多处内涝积水，研究区域内涝面积比例由4.31%（重现期P=5 a）上升至6.19%（P=50 a）。地表-管道-河道耦合的城市内涝风险评估方法能够更全面地反映城市内涝风险过程，可为城市内涝风险评估提供新思路。
关键词：城市内涝；耦合模拟；风险评估；积水来源
WRF/Grid-XAJ双向耦合系统构建及其暴雨洪水模拟应用
孙明坤1，2，刘志雨3，姚 成4，5，李致家4，李超群1，2，李荣容1，2，何志新6，黄迎春7
（1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室，河南 郑州 450003；3. 水利部水文司，北京 100053；4. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；5. 中国气象局水文气象重点开放实验室，江苏 南京 210098；6. 安徽省气象台，安徽 合肥 230002；7. 福州大学土木工程学院，福建 福州 350108）
摘要：为解决陆气双向耦合中气象与水文模型不易匹配的问题，基于质量守恒原理，以土壤含水量为纽带，构建高效的WRF/Grid-XAJ双向耦合（双耦）系统。通过屯溪流域2场洪水事件分析发现：模型权重参数可定量评估水文-气象模型耦合的相容性；降水同化后，双耦系统的降水峰值模拟精度稍好于WRF模型（误差在±5%内）；双耦较单向耦合（单耦）系统能更准确地反映土壤含水量；降水同化前，双耦和单耦系统低估了洪水过程；同化后两者的模拟结果提升且与Grid-XAJ模型接近（三者纳什效率系数ENS＞0.85），其中双耦系统洪峰模拟效果最好（误差在±11% 内），说明WRF/Grid-XAJ 双耦系统在暴雨洪水模拟预报方面有较好的应用潜力，为水文-气象模型双向反馈建模提供了新思路。
关键词：陆气双向耦合；分布式水文气象模型；Grid-XAJ 模型；WRF 模型；洪水模拟
1954—2015年东江流域水沙演变规律
李泽华1，周 平1，谭兆伟1，李凯隆2
（1. 广东省科学院广州地理研究所广东南岭森林生态系统国家野外科学观测研究站，广东 广州 510070；2. 广东省水利水电科学研究院河口水利技术国家地方联合工程实验室，广东 广州 510635）
摘要：流域水沙过程在区域水土资源形成、河流海岸地貌重塑及生态环境演变中起着关键作用，在气候变化和人类活动双重影响下其演变规律一直以来备受关注。基于多元时序聚类与侵蚀性降雨分析，以博罗水文站为例，探讨东江流域水沙演变规律及潜在驱动因素。结果表明：①大规模的植树造林活动使得1980—2015年研究区域的森林覆盖率增长了超过30%；②博罗水文站的水沙关系在1987年后发生明显变异，主要原因可归结为由水库修建运行及植树造林所造成；③2005—2006年出现与1954—1987年相似的水沙关系，原因是极端天气带来降雨侵蚀力的异常增强，超过了产沙阈值。相关研究结果可为东江流域水沙关系及其对全球变化的响应研究提供科学依据，支撑东江流域气候变化应对和水土资源开发。
关键词：水沙演变；多元时序聚类；侵蚀性降雨；东江
多源多层土壤湿度实时同化及在实时洪水预报中的应用
李巧玲，刘兴文，李致家，黎洪德
（河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098）
摘要：准确获取流域土壤湿度（MS）的初始值及过程状态，对提高实时洪水预报精度具有重要意义和实用价值。从新安江模型参数的物理意义出发，基于站点墒情数据和CLDAS土壤湿度数据构建点面转换模型（WKNN），将点面转换后的实时面尺度MS作为观测数据，采用集合卡尔曼滤波法同化新安江模型预报的MS过程，在五强溪区间流域进行实时洪水预报应用。结果表明：WKNN作为点面转换工具，能够捕捉到不同土层MS的点面关系，具有较好的适用性；较不同化模式，多层MS同化后的平均径流深相对误差下降了12.67%，平均确定性系数提高了41.82%；MS的实时同化可以显著降低汛初期洪水的预报误差，提高洪水预报精度，且多层同化较单一层同化效果更优。
关键词：土壤湿度；多源数据；概念性水文模型；多层同化；实时洪水预报
ENSO与长江流域径流演变的遥相关机理分析
闫 磊1，2，孙 健1，2，陈子浩1，2，宋立冬1，2，董 旺1，2，谢笑添1，2
（1. 河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056038；2. 河北工程大学河北省智慧水利重点实验室，河北 邯郸 056038）
摘要：厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）对长江流域径流演变具有显著影响。深入解析这种影响不仅有助于揭示长江流域径流的演变规律，也对于理解其遥相关机理具有重要的科学意义。本研究利用非齐次隐马尔可夫模型（NHMM）对太平洋海表温度异常（SSTA）进行动态模拟，识别出5种ENSO状态，分析了不同状态下的径流、降水和环流数据。结果表明，在强厄尔尼诺期间，中国东部的水分汇聚及反气旋现象导致大量水汽输送至长江中下游，引发异常降水，增加径流量；而强拉尼娜期间，长江流域西南和西北部地区因北纬10°附近的水汽带和气旋影响，出现异常降水；大气垂直速度和位势高度与水汽输送的分布一致。本研究有助于提升长江流域中长期径流预报精度，并为防灾减灾提供技术支持。
关键词：径流演变；ENSO；大气环流；非齐次隐马尔可夫模型；遥相关
北京地区干旱预测不确定性来源贡献度量化
李占玲，霍鹏颖，叶瀛韬，谢 成
（中国地质大学（北京）水利部地下水保护重点实验室（筹），北京 100083）
摘要：受多种因素影响，干旱预测往往存在很大的不确定性。对不同来源不确定性贡献度进行量化有助于识别关键不确定性来源，为提高干旱预测和风险评估精度提供依据。本文以北京地区气象干旱为研究对象，采用多因素方差分析法对全球气候模式（Global Climate Model，GCM）、排放情景、干旱指数对北京地区干旱特征变量（历时、峰值和烈度）预测的不确定性贡献度进行量化，通过系统抽样和导函数分析法探讨GCM不确定性被合理估计时的最少模式数量。结果表明：GCM及排放情景与GCM交互作用对该地区平均及最大干旱特征变量预测的不确定性贡献度最大；最大不确定性来源并未具有明显的时空差异性；当GCM少于7个时，其引发的研究区干旱特征变量不确定性被低估。
关键词：干旱预测；不确定性；多因素方差分析；全球气候模式；贡献度；北京
平原圩区复合下垫面水文水动力耦合模型
李彬权1，2，陈 丞2，肖 洋3，4，余煌浩2，许 栋4
（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；3. 苏州科技大学环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009；4. 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：平原圩区地势低洼，下垫面类型多样，产汇流过程较为复杂，水文过程模拟和预报十分困难。为解决平原圩区洪水预报难题，建立考虑水田、旱地、林地、城市区与水域等多种下垫面类型的产汇流模型，利用MIKE 11 HD水动力模型模拟河道汇流过程，提出面向平原圩区复合下垫面条件的水文水动力耦合模型；并采用BP神经网络进行河道水位预报误差校正，以提高模型精度。选择广州市南沙蕉门河排涝片为研究区，检验耦合模型的水位预报精度，并以2023年“9·7深圳特大暴雨”为移置场景输入，模拟不同排涝措施对河道水位的影响。结果表明：模型能够较好地模拟研究区场次洪水的河道水位过程，率定期和验证期的平均Nash效率系数分别为0.86和0.91，10场洪水中有8场的最高水位模拟误差小于0.05 m；采用BP神经网络校正后所有场次洪水的Nash效率系数均大于0.9，满足洪水预报的精度要求。研究区面临“9·7深圳特大暴雨”场景时存在内涝风险，需提升圩内蓄洪排涝能力。
关键词：洪水预报；误差校正；MIKE 11 HD模型；平原圩区；BP神经网络；防洪排涝
南四湖不同起调水位汛期调水风险传导规律
张 晨1，王超跃1，杨 蕊2，3，李旭东3，吴时强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. 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. 水利部珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510611）
摘要：南水北调东线工程通水以来，有效缓解了山东半岛等地的缺水问题，但水资源供需矛盾依然突出，汛期调水将成为解决该矛盾的方式之一。汛期调水时，湖周河道开闸泄洪，非汛期积累于河道中的污染物随水流下泄入湖，使得流域水环境风险显著增加。为科学支撑东线后续工程汛期调水水环境风险管控和探究湖区内部风险传导机制，以南水北调东线调蓄湖泊南四湖上级湖段为例，构建水环境风险空间传导分析模型，计算相邻子湖区处于不同风险状态组合的概率，定量评价汛期调水时南四湖上级湖流域水环境风险状态，探讨丰、平、枯3种水平年起调水位下水环境风险在南四湖上级湖的传导规律。结果表明：丰水年高水位调水时，南四湖上级湖水环境风险值最小，枯水年最大；高、中水位调水时，呈由低风险传导至中风险、再传导至高风险的逐步传导模式，而低水位调水时，风险由低风险直接传导至高风险；以平水年为例，白马河区至万福河区93%概率为低—中风险增强型传导、7%概率为低—高风险增强型传导。
关键词：风险传导；汛期调水；起调水位；风险分析模型；南水北调后续工程
长江中游戴家洲河段滩群联动演变及其对航道工程的响应机制
杨云平1，2，郑金海2，王建军2，刘万利2，朱玲玲3
（1. 交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456；2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；3. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010）
摘要：航道浅滩演变与滩槽形态调整具有强关联性，识别滩槽形态、河床冲淤与航道工程的响应关系，对评估航道工程实施效果具有重要意义。以长江中游戴家洲河段为对象，采用1954—2022年期间实测水沙和地形资料，解析滩群演变联动关系及对航道工程的响应机制。结果表明：①自然水沙阶段（2008年以前），巴河边滩与池湖港边滩关联性强，池湖港边滩淤涨并减弱了燕矶节点挑流作用，加速了戴家洲洲头低滩上延，而巴河边滩淤涨使得戴家洲洲头低滩冲刷，但流域来沙量减少增加了洲头低滩冲刷速率；戴家洲汊道分流关系不稳定且汉口站相同流量条件下的右汊分流比为减少态势，来沙量低的大水年份加速戴家洲右缘蚀退并为乐家湾边滩淤宽提供了空间。②航道工程影响阶段（2008年以来），航道工程实施使得戴家洲洲头低滩上延，其右缘冲刷应引起重视；戴家洲汊道进口段航道工程压缩了河道横向空间并加速了巴河边滩冲失趋势，池湖港边滩侧蚀使得分汊段水流分散程度增加，不利于汊道进口段浅滩水动力的稳定或增强；戴家洲右缘洲体守护后的完整性增强，乐家湾边滩由淤涨转为冲刷过程形成的分离体进入航槽并碍航，6m水深航道工程实施后乐家湾边滩完整性增强，右汊中下段浅区航道条件改善。
关键词：分流关系；滩群联动；航道工程；戴家洲河段；长江中游
多沙河流水库排沙期下游水温演变规律
杨 晨1，张廷奎1，卢一帆1，缴 健2，江恩慧3，张防修3，张晓雷1
（1. 华北水利水电大学黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心，河南 郑州 450046；2. 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024；3. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003）
摘要：多沙河流水库排沙期会有大量低温水伴随着泥沙向下游排放，改变了下游河道水温的前期分布状态，对水生生物及其栖息环境产生潜在影响。为探究水库排沙期下游水温的演变规律，本文修正了含沙水流与空气热交换系数的计算公式，构建了一维非恒定水-沙-温耦合传导数学模型，以小浪底水库为例开展了排沙期下游水温传导过程的模拟与分析。结果表明：①出库水温是影响水库排沙期下游水温的主要因素，下泄流量的增加和出库含沙量的降低会加剧低温水下泄的影响程度；②下游水温对小浪底出库水温的敏感度沿程递减，出库水温变化时利津断面水温的平均变化幅度仅为花园口断面的27.5%；③下游水温对下泄流量和出库含沙量的敏感度均为沿程先增大后减小，前者在艾山断面达到最大，后者在夹河滩断面达到最大；④下泄流量和出库含沙量对下游水温影响程度相当，在小浪底水库现行排沙调度方案下，二者对下游水温的最大影响幅度都在2℃左右。
关键词：水温演变；多沙河流；排沙期；水库调度；热交换
黄河下游多因素耦合作用生态护坡破坏机制研究进展
假冬冬1，2，陈 萌1，3，李 锟4，张 鑫4，杨 俊1，3，陈松伟5，姜文龙5
（1. 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210029；2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；3. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；4. 山东黄河河务局，山东 济南 250011；5. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003）
摘要：黄河流域在中国经济社会发展中具有重要的战略地位，其下游河道水少沙多、水沙关系不协调，具有二级悬河、河势演变复杂等特点，岸坡破坏会严重威胁防洪安全和经济社会高质量发展，因此，保障岸坡稳定、开展黄河下游护坡治理与风险管控十分必要。生态护坡破坏涉及水、土、植被、结构等因素，机理复杂，传统河流动力学理论已不能完全适用，需进一步深入研究。本文总结分析了黄河下游岸坡破坏现状、岸坡失稳机理及其主要影响因素、生态护坡结构研究及应用和护坡工程风险评估及管控等方面现有研究成果及存在的不足，在此基础上探讨和梳理了黄河下游生态护坡未来的一些研究方向，包括揭示水-土-植被等多因素耦合作用下的生态护坡破坏机制、研发适用于强冲积特点的刚-柔协同新型生态护坡结构型式、建立考虑多要素多层次的生态护坡工程风险综合评价指标体系、形成岸坡监测-评估-处置/防护一体化的风险管控技术体系等。
关键词：生态护坡；岸坡失稳；风险评估；风险管控；黄河下游
