期刊简介
期刊名称： 水利水电技术（中英文）
出版周期： 月刊（每月20日出版）
主管部门： 中华人民共和国水利部
主办单位： 水利部发展研究中心
电话： 010-63205981
Email： 13941816@qq.com
国内统一刊号(CN)： 10-1746/TV
国际标准刊号(ISSN)：1000-0860
收录情况
乌利希国际期刊指南(Ulrichsweb)数据库
哥白尼索引期刊数据库（ICI World of Journals）
美国EBSCO数据库
日本科学技术振兴机构数据库（J-GLOBAL）
俄罗斯《文摘杂志》源头期刊
期刊动态
审稿周期总平均不超过1个月——《水利水电技术（中英文）》的审稿周期和发表方式介绍
《水利水电技术（中英文）》“面向数字孪生智慧水利的新一代水信息学方法与技术（英文）”专栏征稿函
《水利水电技术（中英文）》“新能源开发与水电融合利用”专栏征稿函
《水利水电技术（中英文）》“深海水下技术与环境响应机制”专栏征稿函
《水利水电技术（中英文）》“气候变化驱动下干旱的多尺度响应机制与韧性适应路径”专栏征稿函
《水利水电技术（中英文）》“月球水资源勘探开发”专刊（专栏）征稿函
【征稿启事】《水利水电技术（中英文）》“水利新质生产力驱动下的水生态修复技术创新”专栏征稿函
邀请广大博士生和博士后担任《水利水电技术（中英文）》审稿专家
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近550年中国东部旱涝格局时空演变规律及未来预估
黄泽宏;刘健华;贾紫桐;王易初;殷国栋;宋儒霖;刘昌明;付永硕;【目的】我国东部地区旱涝变率大、灾害风险高,但基于长时间历史数据的东部旱涝格局变化规律尚不清晰。为揭示中国东部地区长期旱涝格局的演变规律及其未来变化趋势,【方法】基于我国1470—2020年的长序列气象数据,重构旱涝分布级数,结合小波分析和功率谱分析,识别旱涝变化的主导周期与阶段特征,并使用长短时记忆网络模型预测了东部地区2030—2100年旱涝演变趋势。【结果】结果显示:1470—2020年间中国东部经历了两个偏旱期和一个偏涝期,旱涝情势具有平均20年、50年和180年的变化周期,“北涝南旱”与“北旱南涝”的气候格局以平均200年为周期交替。空间分析显示,近50年来华北、东北西南部等地旱涝波动性高,年际方差阈值较大,气候系统不稳定;而南方大部波动性较低,旱涝变化较为平稳。机器学习预测结果表明,21世纪中叶后东部气候格局将由偏旱向偏涝转变,“北涝南旱”事件自20世纪末期发生频率逐渐增高,并在2036年左右出现阶段性高发,随后频率逐渐下降。而“北旱南涝”事件在此后逐渐增强,并在21世纪中叶达到阶段性高发,之后逐渐减少。【结论】结果表明:中国东部旱涝情势和南北旱涝格局存在长期周期性和阶段性交替规律,未来气候系统可能呈现由偏旱向偏涝的转折趋势。结果深化了对中国东部旱涝时空演变机制的理解,可为水资源优化配置、洪旱灾害风险评估及防御体系构建提供科学支撑,对保障区域水安全具有重要意义。
月球南极水冰探测方法综述
张大帅;渠裴亮;宗钟凌;赵红华;谢青海;孟金鑫;【目的】月球南极永久阴影区由于低温和长期无日照的特点,成为月球水冰的关键储集区域。明确该区域水冰的分布范围、丰度和赋存形态是揭示月球水源起源和演化过程的核心科学问题,也是实现月球原位资源利用和可持续深空探测的关键前提。【方法】已有研究方法包括轨道遥感技术与间接分析手段等。在轨道遥感方面,应用中子与伽马射线光谱、近红外与热红外光谱及雷达极化成像技术,分析其原理和探测能力。在间接分析方面,采用撞击羽流分析、热环境建模和微冷阱分析方法评估水冰的稳定性。【结果】原位钻探和热释放气体分析被确立为水冰存在的最终验证技术。通过Lunar Prospector、Chandrayaan-1、Lunar Reconnaissance Orbiter及LCROSS等任务的数据分析,评估了不同探测方法的精度、适用场景和局限性,揭示了各方法在水冰分布探测中的表现差异。【结论】未来的技术发展方向包括突破高空间分辨率遥感技术,以提升水冰分布制图精度;发展具备自主导航和精细采样能力的月面移动机器人,支持复杂地形的原位探测;构建“轨道-原位-模拟”多尺度数据融合框架,形成对月球水冰从宏观分布到微观机理的全面认知,为月球基地建设与深空探测提供技术支撑。
基于MIKE Basin的袁河流域枯水期水库群联合供水调度研究
温天福;邹鉒;游进军;赵楠芳;马真臻;刘鑫;【目的】2022年鄱阳湖流域遭遇罕见的夏秋连旱、汛期极枯的干旱事件,河流和水库水位持续降低,开展流域水库群供水联合调度可缓解水资源供需矛盾突出的问题。【方法】以赣江袁河流域为例,选取10个重点供水工程和30个关键供水对象,运用MIKE Basin构建了流域水库联合供水调度模型,提出水库联合供水调控措施并分析流域供水调度效果。【结果】针对2001、2007年和2022年等典型年份,袁河流域有山口岩灌区、袁河水厂、飞剑潭灌片、袁南灌区、袁惠渠灌区、濛河灌区等6个用水户存在缺水现象,缺水率范围为0.2%～28.9%;在采取调整山口岩、飞剑潭和江口水库供水限制水位,调整山口岩水库供水对象以及新增水库工程等3种调控措施后,主要用水对象缺水程度有明显改善,缺水率平均下降7.2%;在90%、95%和99%3种来水频率下,山口岩灌区、飞剑潭灌片及袁惠渠灌区缺水率平均下降7.41%、3.46%和2.28%。【结论】根据实际缺水情况提出的水库调控措施,有效改善了枯水期流域灌区等主要用水对象的缺水程度,可为流域应对极端干旱事件提供技术支撑。
纵向岭谷区气象水文干旱变化及其传播特性
陈文华;李汶金;张宁;冯春红;李国永;陈凯;【目的】全球气候变化和人类活动深刻改变了干旱动态,特别是在生态敏感区域。分析纵向岭谷区高黎贡山南段两侧气象干旱(MD)和水文干旱(HD)的传播特征与机制,为制定有效的水资源管理和灾害预防提供科学依据。【方法】以高黎贡山南段两侧显著的水文气象分异特性,基于1981—2020年代表流域的月降水和径流数据,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)评估MD和HD的强度与频率,利用Mann-Kendall趋势检验分析干旱指数变化趋势,通过游程理论评估MD向HD的传播滞后时间,并结合贝叶斯序数概率回归模型量化累积降水亏缺(SPIm)与HD严重度之间的关系。【结果】显示:过去40年纵向岭谷区气象干旱的强度显著增加,相较于水文干旱事件,气象干旱事件的发生频率更高(MD约为2.2～2.5次/年;HD约为1.1～1.5次/年);水文干旱则持续时间更长(2.18～3.04个月)且更严重(1.18～1.76)。MD向HD的传播相对迅速,平均滞后期在0.5～0.7个月,但恢复过程的滞后较长(1.2～2.2个月)。贝叶斯序数概率回归分析进一步揭示SPIm与HD严重度呈负相关,且在极端MD条件下,这种关系的不确定性增加。【结论】高强度HD可能会对该地区的农业和其他社会经济活动造成限制,气象干旱的快速响应与水文干旱的缓慢恢复表明该区域水资源可持续利用面临挑战。这些发现有助于深化对山地生态系统中干旱传播的理解,并为应对气候变化的水资源管理策略调整提供科学依据。
气候变化下山美水库流域旱涝急转时空演变规律
张湲婕;宋铁燕;陈莹;陈兴伟;高路;刘梅冰;邓海军;【目的】山美水库流域属于亚热带季风气候,受热带气旋、副热带高压等天气系统及复杂地形的影响,旱涝急转(DFAA)事件频发,严重威胁流域水安全。准确识别和预测全球变化下山美水库流域旱涝急转时空演变规律,对于区域防灾减灾具有重要意义。【方法】以山美水库流域为研究对象,采用以12 d为前期降水影响日数的标准化降水指数(SPI-12 d),探究研究区1980—2018年旱涝急转的时空变化特征,并结合CMIP6多模式集合平均,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下预测21世纪流域旱涝急转的时空演变规律。【结果】结果显示:(1)研究区旱转涝(DTF)和涝转旱(FTD)的频次呈先显著增加后缓慢减少趋势,DTF强度显著增加,FTD强度显著下降。DTF主要集中在1月、7月及9月至12月,FTD则集中在8月至11月。(2)DTF频次和强度的高值区位于南部;FTD频次和强度的高值区分别位于东北部和东南部。(3)未来DTF频次和强度均呈增加趋势,且在SSP5-8.5情景下增幅更大;FTD在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下频次分别呈不显著的下降和上升趋势,强度均呈下降趋势。DTF在2月和12月增加最显著,而FTD则在1月、8月和10月增加最显著。(4)未来研究区中南部发生DTF和FTD的频次和强度均呈增加趋势,发生旱涝急转的风险增加。【结论】山美水库DFAA事件的影响整体呈增加趋势,研究区中南部是高风险区;相对于FTD,DTF的风险更大。研究结果可为DFAA的监测与应对提供科学基础。
数据模型与水力仿真模型耦合的城市内涝分析技术研究
张坤林;徐佳颖;郭旻睿;孙岸炜;郭剑桥;【目的】为解决传统内涝模型因数据缺失、精度不足导致的预测不准、难以真正应用的难题,研究了一种数据模型与水力仿真模型耦合的方法。【方法】以九江市中心城区两河区域为研究区域,利用数据模型对边界条件进行数据清洗重构和数据校正,弥补实测数据的缺陷,为水力仿真模型的运行提供数据支持;同时利用水力仿真模型对各种可能的工况进行计算,为内涝预测的数据模型补充训练基础数据,以提高和验证其精度。【结果】结果显示:经过数据模型优化后的水力仿真模拟结果的平均NSE均有所提高,最高涨幅约20%,SVM机器学习模型可以较好地反映出设计降雨工况下积水的淹没范围,预测的最大积水深度与水力仿真模型模拟结果相近, RMSE约为0.007。【结论】将数据模型与水力仿真模型耦合构建新型城市内涝模型,数据模型能够完善机理模型运行的边界条件,水力仿真模型能够提升数据模型的适用性,两者相互耦合可以达到较好的应用效果。
综合理解城市老旧社区洪涝灾害韧性的关键特征与分析框架
孔锋;龚靖愉;【目的】气候变化背景下极端暴雨事件日益频繁,城市老旧社区面临洪涝灾害的挑战愈发严峻。城市老旧社区由于基础设施老化、建筑防灾等级低和规划设计不合理,其防灾韧性普遍较弱。因此,提高城市老旧社区洪涝灾害韧性已成为我国防灾减灾工作的重中之重。【方法】首先阐述了城市老旧社区与洪涝灾害韧性的概念,并从制度、技术、空间、组织和社会层面概述了老旧社区的特征。接着,从韧性治理要素、协同治理要素、空间治理要素、治理要素的互动机理、治理要素与韧性的学理联系这五个方面阐述了城市老旧社区洪涝灾害韧性的基本思路。再次,界定了城市老旧社区的韧性维度:制度韧性、组织韧性、社会韧性、技术韧性、基础设施韧性。最后,构建了城市老旧社区洪涝灾害韧性分析框架,建立其与韧性各维度之间的联系。【结果】城市老旧社区洪涝灾害韧性分析框架主要由治理理念、治理体系和治理能力三大部分组成:以韧性治理、协同治理和空间治理作为治理理念,治理体系包括领导体制、运行机制和治理制度,治理能力包括现代科技支撑保障能力、领导干部驾驭风险能力和社会组织动员能力。【结论】该分析框架为城市老旧社区洪涝灾害治理提供了系统的理论支撑与实践路径,有助于丰富和完善治理理论体系,拓展洪涝灾害韧性的研究视角,提升城市老旧社区的灾害防范能力,为其他城市老旧社区转变洪涝治理理念与方法、提高洪涝灾害韧性提供借鉴。
极端天气应急管理协同治理框架及实现路径研究
高琰;曾凡雷;闫琳;【目的】随着全球气候变化影响,我国极端灾害天气呈多发、频发、重发趋势,给社会发展带来严重危害和损失。研究发现,目前我国极端天气应急管理仍存在“应急管理体制机制有待完善、气象预报预警技术尚有短板、社会综合防灾减灾能力亟需提升”等问题。针对极端天气应急管理协同治理的研究有助于提升我国气象灾害应急管理工作水平。【理论】本文在理论建构方面,提出由“气象预报-政府决策-社会响应”三位一体构成的“三方协同模型”框架,为极端天气协同治理提供了新的思路和解决方案。【方法】提出“四维协同治理框架”,实现从单一主体视角向多元主体协同视角的转变。“四维协同治理架构”从跨体系协同治理机制、数字化治理范式转型、开放式协同创新网络、前瞻性防御制度供给等四个维度进行研究,为极端天气协同治理提供了一种新的思路和模式。【结论】提出极端天气应急管理协同治理的实现路径为:通过“理念前置、预警前置和场景前置”措施推动极端天气灾害防御关口前移;通过“政府内部协同、部门—区域协同和政府—社会协同”措施实现极端天气应急管理高质量应对;通过“互动感应、应急叫应和有效响应”措施促进极端天气应急管理防灾减灾成效最大化。
基于鱼类栖息需求的生态流量过程研究
周正;于子铖;任志雄;丁洋;王少飞;刘哲;李书芳;张景洲;任冲;【目的】为有效解决河流栖息地结构受损、功能退化这一现实问题,【方法】以滹沱河流域灵寿段为研究区,基于现场踏勘、生态监测、文献调研、数值模拟等手段,引入水力单元概念,科学筛选目标鱼类,梳理归纳其水文-地貌栖息需求,定量研判水文变化下不同鱼类关键阶段的栖息地空间分布。【结果】结果表明:不同流量变化下水力单元空间分布差距明显,水力单元多样性指数在200 m3/s时取得最大值,当流量为120 m3/s时,深潭区域面积最大为796 956 m2,当流量为240 m3/s时,急流区域面积最大为1 005 619 m2,以4种目标鱼类栖息需求为导向明确了研究区生态流量过程,在5—6月鱼类产卵集中期生态流量可达200～240 m3/s,越冬期间为80～120 m3/s,索饵期可达120～200 m3/s。【结论】通过对水力单元时空分布的量化分析,统筹考虑关键物种不同生命周期的需求,分期动态确定了受损河流生态流量过程,从而为区域河湖生态复苏提供理论支撑。
富磷流域河流水库总磷滞留特征及其影响因素分析
薄会娟;董晓华;魏冲;章程炎;陈玲;【目的】磷滞留对河流和水库系统,尤其是富磷水库流域的生态环境安全影响很大。【方法】通过构建SWAT模型,分析了黄柏河上游玄庙观水库流域2014—2018年河流总磷(TP)的滞留量和滞留率时空分布格局,并采用冗余分析对影响因素进行定性分析。【结果】结果显示:(1)SWAT模型能很好地模拟磷矿开采区的TP负荷,率定期和验证期的NSE分别是0.86和0.82, PBIAS分别是12.54%和13.42%, R2分别是0.88和0.82, RSR分别是0.37和0.42。(2)多年尺度上,水库的滞留率(53.72%)要大于河流的滞留率(最大值38.11%),支流的滞留率(18.88%)要大于干流的滞留率(8.46%)。而随着时间尺度的变小(年或月尺度),滞留过程变化较大,甚至会呈现“源”效应。(3)河流滞留率和滞留量与坡长呈显著正相关;水库月尺度滞留率与入库流量和出入库流量比呈显著正相关。【结论】结果表明:磷矿开采流域大量的磷流失会滞留在河流水库系统中,特定条件下会成为新的磷源,应采取措施应对内源污染。研究结果可为富磷流域的磷污染防治提供参考。
嘎达苏小流域雨洪资源利用涵养地下水可行性应用研究
赵晓东;周静虎;王曦阅;李帅;【目的】雨洪资源利用对于加强小流域综合治理,缓解半干旱区水资源短缺问题至关重要。由于小流域生态系统对地下水变化高度敏感,因此雨洪资源利用补给地下水潜力的评估尤为重要,这也是半干旱区地下水库建设可行性研究的核心内容。【方法】以北方半干旱区的小流域地下水库工程为背景,利用修正后的曲线径流数模型(SCS-CN),分析1981—2023年降雨产生的地表径流量,采用皮尔逊三型(P-Ⅲ)曲线适线法选取25%、50%、75%降雨频率产生的地表径流量作为不同工况代表值,并基于MODFLOW边界条件法构建地表水-地下水耦合数值模型,探讨不同工况下地下水流场的变化情况,量化地下水库调节汛期雨洪,促进以丰补枯的潜力。【结果】结果显示:(1)采用区域解析雨量代替雨量站观测雨量,可以解决观测数据异常值多、离散性大的问题,月、季度降雨拟合系数平均值为0.73;(2)修正的SCS-CN模型初损率λ=0.02,预测地表径流结果与水文比拟法设计径流量基本一致;(3)通过雨洪资源涵养地下水可以大幅度提升地下水位高度,不同降雨保证率条件下地下水位可稳定抬升1.66 m,蓄滞洪区拦蓄径流量呈几何倍数增加,占总径流量的41.9%、73.2%和109.15%。【结论】结果表明:修正后的SCS-CN模型能够准确预测干旱区和半干旱区降雨产生的地表径流,尤其适用于数据不易测量、土壤信息匮乏的小型农业流域。采用切换边界条件法构建的地表水-地下水耦合模型可以更好地反映雨洪涵养工程建设前后上游地下水流场的变化情况。同时,蓄滞洪区收集的雨洪资源能够将汛期洪水转化为非汛期供水,实现雨洪资源的合理利用。因此,地表径流的收集潜力对于地下水库的建设非常重要,在一定程度上决定了工程研究的可行性。研究可为北方半干旱区及类似山区小流域综合治理提供理论支撑与技术参考。
模型在湖泊咸化研究中的应用:研究现状与展望
姜立坤;李帅冉;郭彦青;高姌;韩峻丞;薛祥山;杨昊天;朱广晟;王鹏;豆俊峰;【目的】湖泊咸化在全球气候变化与人类活动影响下日益严峻,对生态和水资源造成严重威胁。为了更好地了解模型在湖泊咸化研究领域的研究现状,总结研究趋势。【方法】本研究运用文献计量工具VOSviewer,以Web of Science核心合集数据库为数据来源,对1900年至今湖泊咸化与模型研究领域的文献进行计量分析。【结果】结果显示:文献计量可视化结果呈现明显阶段性变化趋势,该领域在多个研究方向呈现交叉特点,总结形成该领域的热点话题,并根据关键词突变结果解析研究趋势形成展望。结果表明,该领域发展历经缓慢探索期、平稳发展期和快速增长期,2009年后受气候变化研究热潮影响,发文量快速增长,未来预计持续上升。研究热点集中于生态系统、环境变化和水模型等领域。关键词分析表明,研究正朝着综合化方向发展,多学科知识与方法的整合愈发关键。在未来,高海拔与干旱地区(如青藏高原和新疆)的湖泊咸化问题将受到更多关注,遥感、机器学习等新兴技术将广泛应用于湖泊盐度演变分析与水资源管理,推动该领域研究进一步深入。【结论】全面梳理了该领域在水文学、地质学和生态学的研究现状,明确了研究热点与趋势,为湖泊生态保护和水资源可持续利用提供科学依据。
基于BP神经网络的鄱阳湖叶绿素a遥感反演
唐彩红;李晓楠;甄浩北;张尚弘;周扬;何红艳;邢坤;节永师;【目的】通过对比两种模型对鄱阳湖叶绿素a的反演结果,筛选出反演精度更高的一种方法,使其能够更准确、高效地应用于浅水湖泊的水质监测与管理。【方法】叶绿素a是水环境监测的重要指标,是衡量水体富营养化的关键参数。本文以鄱阳湖为典型研究区域,基于实测叶绿素a浓度和Landsat-8 OLI卫星遥感数据,对湖区叶绿素a浓度进行反演。通过对遥感影像的预处理,利用单波段及波段组合数据与叶绿素a浓度数据进行相关性分析,构建了叶绿素a波段比值模型,筛选相关波段组合,在此基础上进一步构建了BP神经网络模型(Back Propagation Neural Network Model),将实测叶绿素a浓度与BP神经网络模型反演结果进行相关性比较。【结果】结果表明:所构建的BP神经网络模型相较于波段比值模型预测值与实测值之间的决定系数(R2)从0.624～0.855提升到0.745～0.921,平均绝对误差百分比(MAPE)和均方根误差(RMSE)相较于波段比值模型降低46%以上。【结论】BP神经网络模型在反演精度上优于波段比值模型,时间尺度上,基于BP神经网络模型反演的丰水期叶绿素a浓度高,枯水期低,夏季叶绿素a浓度升高,冬季降低;空间尺度上,湖心及水体流动强的区域叶绿素a浓度低,沿岸及人类活动强的区域浓度高,南部湖区高于北部。本研究所构建的BP神经网络模型对浅水湖泊叶绿素a反演效果较好,对湖泊生态环境保护具有重要支撑。
基于GAMLSS模型的资水流域最大日径流研究
夏琳蓉;唐颖;隆院男;宋昕熠;黄春福;【目的】受全球气候变化和人类活动共同影响,资水流域极端气象水文事件日益增加,导致水文过程的一致性受到破坏,从而使得传统水文频率计算方法得到的计算结果存在不确定性。【方法】因此,基于资水流域桃江站1963—2022年水文气象资料,采用GAMLSS模型构建多协变量组合不同分布的非一致模型,综合比较各模型的拟合优度,选择最优模型计算不同设计频率下的年最大日径流设计值。【结果】结果表明,降水对径流变化的贡献率为66.52%,是导致资水流域年最大日径流序列上升的主要原因。此外,以降水、气温以及水库指数为协变量的GA分布模型拟合效果最优,可有效阐述降水变化和人类活动影响下资水流域年最大日径流的动态变化特征。【结论】随着城市发展资水流域的年最大日径流受到降水显著影响,洪涝威胁日趋增大,研究结果可为变化环境下资水流域水资源管理和水安全维护提供一定参考。
基于K-means聚类的降雨时空特征提取对水文模型预测结果的影响
梁峰铭;谭超;黄锋华;赵璧奎;刘志敏;程涛;李泽君;左斌斌;【目的】降雨作为水文模型的重要输入变量,其时空特性对模型的预测能力具有重要影响。研究降雨在不同时空尺度下的变化特征,对提高水文模型稳定性和预测精度具有重要意义。【方法】选择河南省下孤山流域为研究对象,利用SCS-CN水文模型和新安江模型模拟历史较大洪水场次,统计分析洪水场次的降雨时空特征和模型模拟精度,探讨降雨的时空变化对水文响应和水文模型模拟能力的影响。【结果】新安江模型和SCS-CN水文模型平均确定性系数分别为0.83和0.85,SCS-CN水文模型略优于新安江模型。两种水文模型对历时短、暴雨中心集中的洪水模拟效果最佳,而对暴雨中心接近流域出口的洪水模拟精度较低。【结论】低洪水条件下,两种水文模型精度受平均降雨强度影响较大。中洪水条件下,新安江模型受平均降雨强度和降雨空间变异系数影响较大,而SCS-CN水文模型主要受降雨位置指数影响。高洪水条件下,降雨位置指数是影响两种模型模拟能力的主要因素,贡献率分别为30.23%和33.97%。因此,可根据不同降雨的时空特征优化模型参数,以提升模型的模拟精度和可靠性。
干旱区超渗-蓄满动态转化的分布式降雨径流模型研究
晋婕妤;乔禛;陈豫英;魏加华;【目的】干旱区降水转化形成径流的过程复杂,准确刻画和模拟降雨-洪水过程是区域水文研究的重点。【方法】基于超渗-蓄满动态自适应转化建模思路,以土壤田间持水量与下渗能力为阈值,采用Green-Ampt模型(GA)、新安江模型(XAJ)以及考虑下垫面特性对汇流影响的“网格水滴”汇流方法(CW),建立了基于超渗-蓄满动态转化的分布式降雨-径流模型(GA-XAJ-CW Model,简称GX-CW模型)。以贺兰山东麓苏峪口沟流域为例,选择2013—2019年的10场降水,对模型进行率定和验证,并与分布式Green-Ampt(Grid-GA)模型进行对比。【结果】结果显示:考虑超渗-蓄满时空自适应转化的GX-CW模型模拟效果更好。模型率定期,洪峰相对误差在20%以内、峰现时间误差在1 h以内占比为80%,Nash效率系数均在0.7以上;验证期模型效果较率定期有所下降,洪峰相对误差在20%以内、峰现时间误差在1 h以内占比为60%,Nash效率系数在0.7以上占比为60%。【结论】GX-CW模型整体效果较Grid-GA有明显改善,降雨-产流过程解析更清楚,在干旱区小流域山洪模拟方面有较好的应用前景。
考虑垂直地带性与冰川消融的天山北坡径流模拟研究
潘泰鸿;李小龙;何新林;谷新晨;杜永军;【目的】天山北坡寒旱区冰川流域径流受垂直地带性与冰川消融非线性共同影响。而显著的垂直梯度与高冰川径流贡献率,导致该区域存在融雪径流模拟效果不佳、基流物理机制表征不足的突出难题,本文以玛纳斯河流域为研究区,揭示物理机制模型与数据驱动模型在垂直分异下的性能适配规律。【方法】集成CMADS数据集构建SWAT、LSTM及CNN-LSTM并行径流模拟框架,采用纳什效率系数(NSE)、均方根误差(RMSE)和百分比偏差(PBIAS),定量评估1979—2018年径流模拟性能。解析融雪期(4—7月)和枯水期(11月至次年3月)的模型误差成因。【结果】结果表明:CNN-LSTM在整体模拟表现出更优的模拟性能,整体模拟NSE达0.829,较LSTM(0.800)和SWAT(0.811)提升3.6%与2.2%。其中融雪期(4—7月)时CNN-LSTM仍展现最优模拟效果(NSE=0.787),较SWAT(0.737)和LSTM(0.764)提升6.8%与3.0%。而枯水期(11月至次年3月)时CNN-LSTM/LSTM模拟效果相近(NSE=0.859)。考虑枯水期流量基数小,SWAT虽NSE(0.782)低于前两者,但其地下水过程的显式物理参数化,仍赋予结果更高过程稳健性与可解释性,具独特分析价值。【结论】垂直地带性梯度下,模型性能差异由水文过程机制与模型结构优势共同驱动。CNN-LSTM通过数据驱动学习气象要素时空模式,对非线性过程适应性优异。SWAT依托物理机制的显式参数化,仍然具备独特的过程一致性和可解释性。研究揭示寒旱区径流模拟中不同模型的优势边界与适用情境,为物理机制与数据驱动融合的径流模拟模型发展提供关键科学依据与参考。
基于FBG的长距离隧洞自动化监测
谢穆武;庞智勇;黄跃群;李正良;张振;刘耀儒;【目的】长距离隧洞工程在现代基础设施建设中占据重要地位,开展隧洞监测对确保其安全性和可靠性至关重要。传统电测方法因供电、数据采集和远距离传输等问题,在长距离隧洞监测中面临挑战。为解决长距离隧洞监测数据传输的难题,【方法】提出了一套基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的长距离隧洞多源数据自动化监测与传输方案。该方案构建了包含感知层、传输层和应用层的集成化监测系统架构,利用5 G网络技术和云平台实现了变形、渗压及锚杆应力等数据的自动化传输、存储、统计和分析,达到了高效的数据处理和实时监测的目的。将所提方案应用于中国湖南某隧洞工程,完成了长度超过20 km隧洞的连续监测,验证了FBG技术在长距离数据传输方面的稳定性和可行性。【结果】监测结果显示:光纤监测数据与电测数据在各监测阶段的均值相近,二者在位移、渗压和锚杆应力监测方面的最小相对误差分别为0.46%、3.23%和2.37%。【结论】4个多月的监测结果表明,光纤传感技术能够稳定获取并传输大量满足精度要求的监测数据。此外,两者监测数据量值接近,变化规律一致,表明光纤监测结果具有较好可靠性。所提FBG感测技术方案为长距离隧洞的安全监测提供了一种可行的新思路。
基于深度学习的黄河下游水流阻力计算研究
杨润祎;张红武;【目的】冲积河流阻力的准确计算在治河防洪工程中具有重要意义。传统阻力计算公式与现有机器学习方法仍存在诸多不足。为提升阻力模型的性能与泛化能力,建立一套基于深度学习的阻力计算方法,【方法】选择弗劳德数、体积含沙量、宽深比、径深比、年径流量和年输沙量等水文特征作为模型输入,构建一种基于深度森林的水流阻力计算模型。利用黄河下游水文站的实测数据进行模型训练与测试,并从时空泛化能力、迁移学习表现等方面综合评估模型。【结果】模型在测试集上的纳什效率(NSE)为0.785,平均绝对误差(MAE)为0.002,均方根误差(RMSE)为0.003,平均绝对百分比误差(MAPE)为14.618%。加入时空平均特征泛化模型后,模型的NSE从0.681 4提升至0.742 7, MAE从0.002 3降至0.002 1, RMSE从0.003 2降至0.002 8, MAPE从14.978%降至13.689%。在将模型迁移至全新的水沙条件下时, NSE最大降幅达65.35%, MAE、 RMSE和MAPE的最大升幅分别为100%、150%和123.98%。【结论】深度森林模型相比于传统的阻力公式和机器学习模型,在冲积河流一般条件下的阻力计算方面,能展现出更为优越的预测精度。通过引入大尺度时空平均特征,模型在不同水文站与水文时期的计算精度有效提升,泛化能力明显增强。然而,在应对特殊水沙情势时,模型仍存在性能波动,有时计算精度还超不过具有物理背景的糙率公式,亟需结合物理机制以增强其迁移学习能力,且在解决复杂环境下的黄河动床阻力计算问题时,应该注重同良好的传统公式相互印证这一环节。
基于GEE研究长江干流梯级大坝建设对河流水温的时空影响
张尚弘;唐海云;汪浩;周扬;唐彩红;何红艳;邢坤;节永师;【目的】水温是影响河流水生态系统演变的关键要素,其对生源物质转化、生物栖息与繁衍等物理、化学和生物过程起着重要作用。梯级水电开发阻隔了河流的连续性,改变了河流水温沿程的传递性,严重影响河流水温节律,亟需开展梯级大坝建设前后河流水温沿程的演变规律的研究。【方法】基于Google Earth Engine(GEE)平台,利用Landsat系列遥感数据集,通过大气辐射传输模型反演长江干流2000—2020年水体表面温度,揭示长江干流梨园、阿海、金安桥等梯级水电站建设下表层水温的时空演变规律。【结果】结果表明,建坝前梨园—观音岩段、乌东德—向家坝段、三峡库区段年均表层水温分别为21.58℃、21.31℃和17.79℃,建坝后金沙江中游库区年均表层水温下降明显,下降到15.47℃,其中旱季水温平均下降5.43℃,雨季平均下降2.46℃,坝下年均水温与自然河流水温接近,且与周围实测气温相关性显著;库区内水温呈现片段化分布,各梯级大坝库首温差最大;三峡库区表现出“滞冷”和“滞温”现象。遥感反演的数据与华弹、朱沱水文站点实测数据的纳什效率系数分别为0.925和0.907,均方根误差分别为0.92℃和1.24℃,结果可靠性高。【结论】梯级大坝建设打破了河流水温连续性,使河流水温传递效应显著减弱;各库区库首及回水区域水温呈现显著相关,但库区水温与坝下游泄水水温相关性较弱。遥感方法可有效反演河流表层水温,为河流水温反演及流域水温管理提供方法支持和理论参考。
大渡河干流流域滑坡发育时空特征与影响因素研究
郭家成;巨能攀;解明礼;刘贺;林清桦;陈川;冉星星;【目的】大渡河流域位于我国青藏高原与四川盆地之间的过渡区域,区内高山耸立,河谷深切,地表起伏巨大,复杂地质条件下极易发育一系列地质灾害问题。【方法】以大渡河流域为研究区,基于多源数据融合分析方法,整合地质调查、遥感解译、时空统计分析及典型案例反演,系统构建了大渡河流域滑坡的空间分布、时间分布特征及其与地形、地质构造、岩土体类型、斜坡结构、水文条件和人类活动等多要素协同作用分析框架,研究大渡河干流流域滑坡时空演化规律并解释其多尺度耦合致灾机制。构建了多因素综合控制的滑坡发育模型,明确了研究区域地质构造与人类活动的协同作用机制。【结果】主要获得以下认识:(1)97%的滑坡发育于距断层5 km范围内,并且集中分布于海拔500～3 500 m、坡度10°～50°的强卸荷带;(2)94.18%的滑坡事件发生在5—9月雨季,与降雨量呈显著正相关;(3)水电枢纽区5 km范围内滑坡密度达0.113处/km2,是其他区域的3倍。【结论】结果表明:滑坡空间分布上呈现显著构造控灾特征,时序特征揭示降雨是滑坡发生的主要触发因素,且工程扰动诱发滑坡效应突出。
水库塌岸防治与风险管控研究综述:现状及展望
郭荣鑫;鲁志春;周亮;王彪;苏爱军;董杉;【目的】水库塌岸是水库库区典型的工程地质灾害,直接威胁沿岸居民生命财产及基础设施安全,其防治与风险管控是水利工程领域的重大挑战之一。【方法】系统梳理国内外水库塌岸研究现状,首先阐明其成因机制与典型破坏模式;进而综述从勘查识别到预测评价的技术方法体系,辨析图解法、数学分析法与数值模拟等方法的适用性;论述融合工程治理与生态修复的协同防治措施,以及“天-空-地-水”专业监测与群测群防技术体系。在此基础上,从管理视角构建以风险评估为科学依据、以“预报-预警-预演-预案”(“四预”)为主线的水库塌岸风险管控系统框架,详细阐述其闭环管理流程与实施策略。【结果】结果表明,水库塌岸成因复杂,库水位波动是主导外部触发因素,岸坡的地质结构与岩土体性质是控制其稳定性的内在基础;塌岸识别与预测技术呈现经验性与机理模型融合的趋势,数值模拟与机器学习等机理与数据驱动方法,代表了高精度与智能化预测的发展方向;其防治措施从单一的工程措施向“工程-生态”协同治理转变,生态护坡等措施正日益受到重视;监测预警体系已发展为“群专结合、立体协同”的成熟范式;风险管控初步形成了以“四预”为主线、以风险评估为科学依据的系统性管理框架,实现了从被动应急向主动防控的战略转变,显著提升了水库库区的综合风险管理能力。【结论】当前对水位、降雨、渗流、地质构造等多因素动态耦合作用机制的认识仍不充分,需深化多场耦合机理研究,发展融合物理机理与数据驱动的“灰箱”模型,推动预测技术智能化与标准化;攻克复杂条件下的塌岸预测难题;应研究植被根系固土机理的量化模型、生态护坡材料的耐久性及其与工程结构的协同工作机理,发展生态友好的韧性防治技术;构建智慧管控“大脑”,实现风险“四预”的闭环管理。
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