气候变化下的水文循环和水资源专题

• 海平面上升对珠江口风暴潮的影响分析

  胡耀辉;王志力;张娟;吴昱甫;

  气候变化导致的海平面上升对沿海地区海岸工程的安全产生了严重威胁。通过建立一个天文潮-风暴潮耦合模型，对珠江口近岸海域的风暴潮进行了数值模拟。利用历史台风事件下的观测数据对模型进行了验证。研究结果表明：(1)海平面上升1 m对天文潮位的影响比海平面上升0.45 m更为明显，同时，海平面上升增大了天文潮差；(2)海平面上升对风暴潮增水的影响并不显著，同时，对珠江口口门内风暴潮增水的变化呈现空间非均匀特征，珠江口东北侧增水增加，西南侧增水减小；(3)海平面的上升将导致风暴潮的峰值水位提前。例如，海平面上升1 m的情况下，赤湾站峰值水位提前了10～15 min。海平面上升不仅影响天文潮位，还会影响风暴潮的峰值水位出现时间，这对沿海地区的防洪措施提出了新的挑战。此外，不同区域受海平面上升的影响存在差异，需要针对特定地区采取不同的应对策略。

  2025年05期 v.46;No.325 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 3069K]
  

• 西流松花江流域径流演变规律与归因分析研究

  燕玉亮;丁红;张佳悦;高宇;

  以中国东北西流松花江流域为研究对象，定量解析全球气候变暖背景下气候变化与人类活动对径流演变的驱动机制，揭示寒区水循环演变规律及其生态水文效应。基于湿球温度阈值法构建降水相态判别模型，引入降雪比率改进Budyko方程，结合气象数据空间插值、Pettitt突变检验、Mann-Kendall趋势检验、土地利用转移矩阵等多源方法，系统评估气候因子与下垫面参数的协同效应。扶余站和吉林站年径流量分别以0.12、1.77 mm/a速率显著上升，流域年均降水量、年均降雪比率呈持续增加趋势，年均潜在蒸散发呈持续下降趋势，在空间分布上，流域年均降水量、年均降雪比率均呈现“北少南多”的态势，而年均潜在蒸散发呈现“北多南少”的格局；降水增湿对径流变化的贡献率达57.24%～66.89%，人类活动贡献率仅为4.39%～7.52%。提出的SR-Budyko耦合框架有效解决了传统模型在雨雪相态辨识和冻融能水交换表征方面的缺陷，为寒区水资源系统优化、春汛灾害防控及东北生态屏障保护提供了新型理论工具，对气候变化敏感区的水安全决策具有重要实践指导价值。

  2025年05期 v.46;No.325 10-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 2880K]
  

• 人类活动影响下的庄浪河径流变异及其生态效应

  吕明侠;王进;王一博;

  为探究人类活动对庄浪河径流生态系统的影响，运用基于流量历时曲线（Flow Duration Curve,FDC）的生态径流指标对1970—2020年庄浪河流域的径流变化及其径流生态系统开展研究。结果表明：(1)水文变异后庄浪河上下游站点径流量变化不同，上游站点径流量均值及其变化率均明显减少，而下游站点明显增大；(2)庄浪河径流变异的主要原因是强烈的人类活动，上游区域农业用水量增加造成河道径流量缩减，在年尺度上其负效应超过了气候湿化的正效应。而下游河道引大入秦的生态补水工程对年径流量增加的贡献率达到97.1%，降水变化的贡献率仅2.9%；(3)水文变异后，上游河道表现出轻微的生态需水量缺乏，并在气候湿化下逐渐得到改善，下游区域河道径流生态系统健康状况显著提升，EI（综合径流生态指标）增大到2。这为气候持续暖湿化条件下人类活动强烈影响河道径流生态系统健康状况和黄河流域高质量持续发展提供数据支撑。

  2025年05期 v.46;No.325 21-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2351K]
  

• 挠力河流域极端土地利用变化与降雨类型对洪水过程的影响

  马瑞雪;刘建卫;逄晓腾;

  挠力河流域作为三江平原核心产粮区，近40年来随着农业结构调整和湿地修复工程实施，土地利用结构发生了显著变化。基于挠力河流域历史降雨变化特征分析，设置极端土地利用情景和不同降雨情景，应用HEC-HMS模型模拟分析不同重现期暴雨洪水过程的响应。结果表明：(1)挠力河流域多年平均降水量为578.51 mm，各雨量站年降水量呈显著增加趋势；(2)HEC-HMS模型模拟效果较好，率定期和验证期各场次洪水Nash值均在0.85以上；(3)在水田扩张情景下，洪峰流量和径流深平均变化率分别为61.45%、61.05%，峰现时间平均提前1.75 h；旱地主导或沼泽湿地恢复情景下对洪峰流量和径流深均呈现明显的削减作用，洪峰流量分别减少12.76%、50.48%，其中沼泽湿地的削减作用更显著。重现期越短的洪水对土地利用变化响应更为敏感；(4)随着雨峰时间推迟24 h，峰现时间平均推后20 h，洪峰流量和径流深平均增长率分别为14.78%、10.26%，其中雨型Ⅰ的洪水响应较为敏感。当降雨中心由上游变化到下游时，洪峰流量和径流深平均变化率分别为-13.03%、-14.33%，峰现时间平均提前7.33 h。研究成果可为流域水资源管理和土地利用规划提供科学依据。

  2025年05期 v.46;No.325 30-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1813K]
  

综合

• GPM系列降水产品对北京“23·7”暴雨事件的监测能力评估

  郭彬斌;郎廷中;

  为评估全球降水观测计划（Global Precipitation Measurement,GPM）下GSMaP和IMERG遥感降水产品中在暴雨事件中的监测能力，以北京“23·7”暴雨事件为例，基于研究区3 h级地面站点观测数据，对近实时（GSMaP＿NRT、IMERG＿ER、IMERG＿LR）和后处理（GSMaP＿MVK、 GSMaP＿Gauge、IMERG＿FR）遥感降水产品进行了综合评估。在不同时空尺度使用降水统计指标（CC、RMSE、P-BIAS、KGE）和降水侦测指标（POD、FAR、CSI、HSS）对降水产品的暴雨事件监测能力进行系统性评价，同时基于研究区面尺度对降水产品的时序变化进行分析。结果表明：IMERG＿FR在综合降水监测能力最优（P-BIAS=-0.41,KGE=0.54）。GSMaP＿NRT和GSMaP＿MVK描述降水分布能力较好，IMERG系列产品在指标方面表现较优且分布集中（0.48<KGE<0.54,0.59<HSS<0.66）。近实时产品普遍存在对极端降水的高估，后处理校在修正偏差的同时引入了额外的不稳定性。且两类产品均受到地形因素的影响，在海拔过渡带区域表现较差（KGE<0.5）。此外，这两类产品在极端降水阶段均存在时间上的提前或滞后现象。

  2025年05期 v.46;No.325 41-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 2257K]
  

• 耦合物理模型与深度学习的流量预测方法

  黄泽禧;孙伟;陈新林;容泽荣;罗小康;王先伟;

  以广东省北江中上游的连江高道站的“22·6”洪水事件为例，探讨了物理模型与深度学习耦合的流量预测方法，旨在提升极端天气条件下的水文预测精度。研究采用HEC-HMS分布式水文模型与长短期记忆网络（Long Short-TermMemory,LSTM）相结合的方式，构建了3类耦合模型：基于误差校正的HEC-LSTM(Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System)模型、基于单站流量的HECo1-LSTM模型及基于多子流域输出的HECo2-LSTM模型。通过3、6、12 h预见期的预测试验，对比了各个耦合模型和单一水文模型在径流预报和极端洪水事件的性能表现。结果表明：HEC-HMS模型在流量波动较大时存在局限性；误差校正模型HEC-LSTM模型在短期和中期的预测精度显著提升，训练集RMSE(Root Mean Square Error)减少约46%，验证集RMSE减少25%。HECo1-LSTM和HECo2-LSTM模型在长时间预见期下表现突出，其中HECo2-LSTM在训练集RMSE减少58%，验证集减少33%，且在12 h预见期下仍保持较高的预测精度（纳什效率系数为0.91）。该研究为流域水文模拟和预测提供了一种新的耦合方法，有望显著提升极端天气条件下水文预报的精度和可靠性。

  2025年05期 v.46;No.325 51-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2452K]
  

• 应对极端干旱和新能源极端预测误差的水风光中期优化调度研究

  陈聪;刘本希;王海东;王文斌;

  随着全球能源转型加速与极端干旱事件频发，新能源极端预测低出力叠加水电出力骤减对电网供电安全稳定构成严重威胁。提出了一种水电在极端干旱天气下应对新能源中期极端预测误差低出力的灵活性调节能力评估方法。首先，采用自回归滑动平均模型（Auto-Regressive Moving Average Model,ARMA）、标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）和游程理论构建极端干旱条件下的来水场景；其次，基于核密度估计和Copula理论建立风光出力在极端预测误差下的场景。在此基础上，构建以系统总运行成本最小为目标的水风光中期互补调度模型，并通过目标函数线性化和约束条件线性化将原模型转换为混合整数线性规划模型。以中国西南某流域水风光一体化基地为例，结果表明所提方法能够量化评估梯级水电系统在极端干旱天气下应对新能源中期极端预测误差低出力的灵活性调节能力，并从关键水位控制、水电蓄能损失容忍系数提出应对策略，能够为水风光互补基地在极端条件下安全稳定运行提供理论支撑。

  2025年05期 v.46;No.325 63-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 4474K]
  

• 基于决策树分类-多元线性回归的水电站非弃水期下游水位计算方法

  李英海;何良哲;张海荣;聂盼盼;覃晖;杨晴宇;郭家力;

  水电站非弃水期下游水位的准确计算对水电站安全运行具有重要意义，水位推求不够精确会导致发电计划频繁修改，严重影响水电站安全、稳定、高效地运行，目前水电站非弃水期下游水位计算结果误差较大的问题亟待解决。提出一种基于决策树分类的多元线性回归计算方法，该方法首先采用决策树CART算法，通过水电站实测长系列数据集建立决策树分类规则并将不同运行工况数据进行分类，针对每类数据建立独立的多元线性回归法进行数值拟合，避免了单一模型难以描述全局数据特征的问题。将该方法应用于三峡水电站非弃水期的下游水位推求，结果表明，相比于函数拟合法，计算得到的下游水位更加接近实际下游水位过程，提高了下游水位的计算精度。研究成果能精确计算下游水位的波动，减少下游水位对运行水头的影响，可为提高水电站精细化调度水平提供技术支持。

  2025年05期 v.46;No.325 77-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1676K]
  

• 基于围隔实验探究无机电子供体对好氧反硝化菌群脱氮效能的强化

  贾俊杰;颜慈航;黄廷林;邢振焱;龚慧;

  水库在长期运行过程中，大量污染物在静态环境下积累，对水体中的氮、磷、有机物等污染物的分布产生显著影响。针对黑河金盆水库的氮素污染问题，采用海绵铁活性炭作为无机电子供体，聚氨酯海绵作为微生物载体进行好氧反硝化脱氮实验研究。进一步分析微生物群落结构和Q-PCR定量检测等变化，以探究无机电子供体驱动好氧反硝化脱氮的特性。结果表明，在围隔中试系统的运行下，水体污染物持续减少。第一周期实验持续40 d，总氮浓度从1.39 mg/L降至0.847 mg/L，去除率为39.06%;NO_3~--N浓度由1.077 mg/L降至0.761 mg/L，去除率为29.34%。在第二周期中，总氮浓度从2.591 mg/L降至1.895 mg/L，相较于反应前降低了0.696 mg/L，去除率为26.86%;NO_3~--N浓度从2.559 mg/L降至1.849 mg/L，去除率为27.74%。这表明中试系统的运行能有效去除水体中的污染物。此外，高通量测序及绝对定量分析显示，系统的运行改变了微生物的分布和协同作用，刺激了相关功能酶的表达，有利于污染物的削减。研究为水体原位修复提供了一条切实可行的途径。

  2025年05期 v.46;No.325 85-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 3498K]
  

• 基于动量守恒和Riemann解的明渠交汇处水动力模拟

  姜彪;孙万光;马军;范宝山;

  明渠交汇处水流运动状态十分复杂，一维高精度数值模拟仍面临较大困难。建立了河段与汊点完全解耦的明渠交汇处水动力数学模型：汊点连接方程方面，提出了新的汊点动量守恒方程，不需要任何经验系数，增加了因断面宽度变化而产生的侧压力，构建基于Riemann问题解的汊点补充方程；明渠水动力方面，采用守恒型圣维南方程作为控制方程，基于Godunov格式，采用HLLC近似Riemann求解器计算界面通量。汇流口算例表明，与实测值相比，该方法计算结果相对误差较小，明显优于Taylor公式；在分流口算例中，采用二维水动力计算结果进行验证，非恒定流动一、二维计算结果中的河段分流比偏差仅为0.29%，洪峰流量计算相对误差小于1%。研究成果为一维明渠交汇处水动力高精度数值模拟提供了新的方法。

  2025年05期 v.46;No.325 100-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1724K]
  

• 非线性波浪作用下群桩局部冲刷的数值模拟

  周熙;李小超;巩梦梦;

  群桩基础广泛应用于海岸和海洋工程结构物中，波浪对群桩基础的冲刷有着重要影响。利用开源计算流体动力学程序REEF3D建立了三维数值波浪水槽，水槽入口和出口分别采用主动吸收方法和松弛法避免反射波影响。对非线性波浪作用下2×4群桩周围的局部冲刷进行了数值模拟，计算模拟出了下降流、马蹄涡、尾涡和间隙流等引起群桩局部冲刷的主要水流结构。计算结果表明，波浪中水质点垂向速度的变化会引起下降流和马蹄涡强度的变化。在研究的KC数范围（14.28～63.96）内，下降流和马蹄涡均较弱，不是冲刷的主导因素。KC较小时，冲刷主要受间隙流控制，最大冲深发生在上游第1排左右两行桩之间的区域，随着KC数的增大，尾涡逐渐成为主导冲刷的动力因素，发生最大冲深的位置逐渐转移至第1排桩的两侧。达到平衡时的最大无量纲冲刷深度随KC数的变化规律与单桩情形相似，群桩中各排桩周围最大冲刷深度的变化规律与波浪的非线性程度有关，非线性程度较弱时最上游和最下游两排桩的冲刷强于中间各排桩的，非线性程度较强时1个周期内正向水流的主导作用增强，由于前排桩的遮蔽效应，后排桩的冲刷深度减小。

  2025年05期 v.46;No.325 108-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1475K]
  

• 水库滑坡堆积体变形与诱发因素的时间序列分析

  唐露云;王如宾;

  重大水电工程库岸滑坡堆积体变形稳定受到强降雨、库水位变化等诱发因素影响，表现出长期的时空演变特征，致使库岸滑坡灾害风险防控难度极高。为揭示强降雨、库水位及其引起的地下水位变化等诱发因素对水库滑坡堆积体变形演化的影响机理，选取清水江三板溪水电站库区东岭信滑坡堆积体为研究对象，基于滑坡堆积体变形、降雨、库水位与地下水等诱发因素时序监测数据，采用自回归模型对东岭信滑坡堆积体变形开展了动态预测研究，将单因素自回归时间序列模型推广到多因素向量自回归模型，实现了水库滑坡堆积体变形与诱发因素时间序列脉冲响应分析。研究结果表明：月降雨量较地下水和库水位对东岭信滑坡堆积体位移影响更大，且表现出强烈滞后性，但是随着时间的累积，影响逐渐降低，位移变化趋于稳定。研究结果为水库滑坡防治和监测预警提供了理论依据和科学参考。

  2025年05期 v.46;No.325 121-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1787K]
  

• 《人水关系学》(中英文双版)

  <正>内容简介本书从基本概念、理论基础、研究方法到应用实践,概要介绍了人水关系学的主要内容,是国内外第一部《人水关系学》专著。全书包括9章,第1章介绍了人水关系学的相关概念和学科体系,第2、3章分别介绍了人水关系学的理论体系和研究方法,第4章介绍了人水关系作用机理、变化过程、模拟模型、科学调研和涉及的相关政策的人水关系学主要研究内容,第5、6章分别介绍了人水关系学与治水思路、水工程建设之间的关联,第7、8章分别介绍了黄河流域和河南省的人水关系分析及调控两个应用实例,第9章对人水关系学发展进行展望。本书可供水利工程、环境工程、生态工程、土木工程、资源科学、水科学、地理科学、社会学、经济学、管理学以及系统科学等领域的科研工作者、管理者、在校研究生以及企事业单位工作人员参考。

  2025年05期 v.46;No.325 131页 [查看摘要][在线阅读][下载 626K]
  
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