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基于工程自身防洪调节能力边界的河道型水库汛期运行水位关键阈值识别：以三峡水库为例(英文)
翟俨伟;蒋定国;张成潇;任实;【目的】在极端降雨趋强、洪水遭遇关系日趋复杂及水资源精细化利用需求不断提高的背景下，挖掘水库防洪与兴利的潜力，识别三峡工程自身防洪调节能力约束下汛期运行水位的关键阈值，为动态水位控制和洪水资源利用提供依据。【方法】在不考虑上游梯级水库联合调度和预见期预泄的基准情景下，构建并优化三峡库区一维非恒定流水动力模型，采用分段库容匹配和未控区间流量反演技术提高河道型库区沿程水位过程的模拟精度。选取1954、1966、1981、1982、1998、2012和2020年典型洪水，采用同频率放大法构建1%、0.1%和0.01%频率设计洪水，分析不同起调水位和分级下泄条件下坝前最高调洪水位及超标准洪水变化。【结果】优化模型能够较好模拟三峡库区沿程水位过程，各代表站水位模拟的平均绝对误差和均方根误差分别为0.03～0.35 m和0.03～0.49 m。当起调水位不超过155 m时，多数典型洪水条件下坝前最高调洪水位和累计出库洪量随起调水位的变化总体较小；当起调水位超过155 m后，剩余有效防洪库容进一步减小，坝前最高调洪水位及高流量出库响应对起调水位的敏感性明显增强。在起调水位一定时，提高设定下泄能力总体上能够降低坝前最高调洪水位；对于0.1%和0.01%频率洪水，较高的下泄上限可能增加高流量出库的持续时间或累计洪量。【结论】在本文模型结构、设计洪水、调度规则及边界条件下，155 m可作为三峡工程自身防洪调节能力变化的偏保守参考边界。145～155 m起调区间内工程调洪响应相对稳定并保留较大的防洪调节裕度，但155 m不应理解为汛期固定运行水位。研究结果可为后续结合实时洪水预报、梯级联合调度和预见期预泄开展动态汛期运行水位控制与洪水资源利用研究提供基础。
基于PLC的泵站进水流道泥沙智能清淤系统研究
郑飞;张伟;赵立宾;贾振波;张长青;侯奔;针对黄河水源泵站停机时进水流道泥沙淤积导致的机组重启故障问题,本研究开发了一套集成淤积监测、智能清淤与低温防护的可编程控制器(PLC)控制系统。系统通过7个分布式超声波传感器实时采集流道底板淤积数据,经由控制器解析后生成三维淤积模型,并联动执行机构完成定向清淤作业。核心技术包括:任一监测点连续3个周期淤积厚度≥20 cm时触发盘管电磁阀及清淤电机,通过倾斜喷嘴形成漩流冲刷泥沙;环境温度≤3℃时启动循环电机维持管网流速≥0.49 m/s,以达到防冻目的。实测数据表明,系统清淤响应时间≤30 s,厚度控制精度±5 cm,冬季冻堵故障率降至零,为高含沙水源泵站提供了自动化解决方案。
中小流域洪峰对降雨时空分布特征的响应研究：以永定河中游为例
苗蔚;曾博洋;张尚弘;周兴波;张凯;曹列凯;【目的】中小流域地形复杂，且极端降雨事件频发，致使其洪峰突发性强、时空响应机制复杂，是目前洪水风险管理中的薄弱环节。其中，降雨历时、强度和暴雨中心位置等降雨时空特征是驱动洪峰形成的关键因素，系统量化降雨时空分布特征对洪峰流量的影响，可为中小流域洪水风险管理提供科学依据。【方法】以永定河中游（官厅水库—卢沟桥段）为例，基于2023年洪水资料，采用HEC-HMS模型，系统模拟了45种降雨情景（3种历时、3种重现期与5种暴雨中心位置），构建暴雨地形综合指数（Comprehensive Storm-Terrain Index， CSTI）定量分析降雨时空特征对洪峰流量的影响。【结果】结果显示：短历时暴雨（24h）下，重现期50a时暴雨中心从上游移至下游，洪峰流量增幅可达603%；中上游清水涧子流域100a时，洪峰流量较暴雨中心位于出口的情景高16%；长历时降雨（48h/72h）下，洪峰流量受暴雨中心位置影响的空间变幅仅为4%～8%。【结论】结果表明：（1）短历时暴雨下，洪峰受暴雨中心位置控制显著，中上游清水涧子流域受地形与暴雨中心位置耦合影响最为显著，为洪峰放大高潜力区；（2）长历时降雨下，洪峰形成机制由多支流汇流相位叠加主导，洪峰流量受暴雨中心位置影响较小。研究成果可为永定河防洪为代表的中小流域“四预”体系提供差异化的雨量预警依据。
干旱区流域水权用水总量合规管理研究综述：基于动态水账的“制度-技术-行为”分析框架
刘悦忆;郑航;赵建世;【目的】针对干旱区长期水权和固定总量指标难以充分反映年度水情变化，以及年度允许取用水量与年度实际取用水量缺乏统一核算机制的问题，提出基于动态水账的用水总量合规管理框架。【方法】构建“制度-技术-行为”分析框架，以澳大利亚墨累—达令流域为主要案例，采用制度分析、长序列比较和典型流域分析方法，考察长期水权、年度配水、水量账户、模型核算、市场交易与合规评价之间的关系。【结果】澳大利亚通过年度可用水量评估和水权动态配水，将用水总量约束落实为与当年水情相适应的年度允许取水量，采用动态水量账户统一记录配水、交易、订水和实际取水。干旱期配水压减和水价上涨促使农户出售水量并调整种植结构，从而降低取水量。【结论】基于澳大利亚经验，提出的基于动态水账的用水总量合规管理框架，以水权和总量指标为边界，将多年尺度的总量约束转化为特定水文年的合规基准。该框架有助于避免丰水年因固定指标偏宽而掩盖管理问题，也可避免枯水年因许可水量与实际可用水量脱节而形成系统性超用风险；水文模型与水资源配置模型可进一步识别水文条件变化、管理执行偏差和用水主体行为对水量超用的相对影响，为我国干旱区流域开展用水总量合规管理提供理论框架和技术路径。
多源遥感视角下作物涝渍灾害监测预警技术研究进展与展望
雷添杰;王嘉宝;童飞;陈东攀;熊勤学;Walid GHIDAN;万金红;【目的】作物涝渍灾害是威胁全球粮食安全的主要农业气象灾害之一，其发生本质在于土壤水分过饱和引发根际氧浓度下降，导致根系有氧呼吸受阻、生理功能障碍，最终造成产量损失。迫切需要系统研究作物涝渍灾害的致灾机理、判定指标及监测预警技术。【方法】在致灾机理层面，明确了以降水为主导触发因子、地形与土壤属性决定空间分异、作物耐渍性调控灾损程度的致灾因子体系；在判定指标层面，将现有指标体系归纳为基于地下水位埋深的胁迫指数和基于土壤根层含水量的涝渍胁迫指数两类，分析了各自的理论基础与适用边界；在遥感监测层面，梳理了光学、热红外及微波遥感在涝渍灾害识别中的应用现状与局限性。【结果】研究表明，当前尚未形成成熟的作物涝渍灾害动态遥感监测指标体系，其根本制约在于：单一环境参数难以表征多因子协同胁迫的复杂性；现有指标未纳入作物生育期特异性响应及品种间耐渍性遗传差异；土壤温度对渍害临界阈值的动态调控作用及作物受渍后恢复能力尚未被量化；表层土壤水分与根层土壤含水量间的时空异质性导致遥感监测的物理基础薄弱；农田混合像元效应严重制约指数的空间代表性。【结论】基于上述分析，提出未来研究应重点围绕构建涝害与渍害融合的综合性辨识特征量、发展基于物理机制与机器学习相结合的根层土壤水分反演模型、建立涵盖生育期动态权重与品种特异性校正的多维指标体系，以及构建基于多源遥感数据融合的动态监测体系等方向展开，为作物涝渍灾害精细化监测预警提供理论依据与技术支撑。
基于LSTM残差修正VIC模型的雅砻江—大渡河流域径流预测及归因分析
杨雪楠;黄昌硕;颜冰;杨军飞;耿雷华;李恩;【目的】开展气候变化背景下高寒水源区径流模拟与归因分析，可为高寒流域水文响应研究和水资源适应性管理提供理论依据。【方法】比选CMIP6方案并进行降尺度和Delta偏差矫正，选取CanESM5模式，采用四种SSP情景数据驱动VIC模型，模拟2021—2100年径流过程，并利用LSTM对长序列径流残差进行修正。采用Mann-Kendall检验、R/S分析、径流质心、不均匀系数、变化幅度、弹性系数和多元线性回归方法，评估径流年际、年内变化及气象因子敏感度和贡献度。【结果】未来流域气温和降水均增加，不同排放模式下气温增长率为0.05～0.37℃·(10a)-1，降水增长率为1.70～3.60mm·(10a)-1；LSTM残差修正后径流模拟精度较单一VIC模型高，桐子林站NSE由0.81提高至0.87，KGE由0.76提高至0.82；径流总体呈可持续上升趋势，且随排放强度增强由局部显著转为全流域显著。年内径流仍为单峰型，但来水重心前移，不同情景下Ct下降0.13～0.37，Cn和Cp分别下降0.17～0.68和0.90～5.85，丰枯差异缩小。径流对降水表现为全流域正敏感，对气温则呈现“上游正敏感、中游零敏感或弱负敏感、下游负敏感”的空间异质性。降水对未来径流变化的贡献率高达0.77以上。【结论】基于LSTM残差修正的VIC模型能有效克服高寒复杂流域径流模拟的局限性，提高径流预测精度。未来流域整体呈“暖湿化”发展，降水是驱动全流域径流增加的主导因子，气温起到调节作用。这种气候共同作用不仅增加了径流总量，更深刻改变了径流的年内分配节律。研究结果可为高寒水源区水安全管理与适应性调控提供理论支撑。
基于ARIMAX-MAD残差分析的水闸位移监测数据稳健清洗与分工况预测
杨登翔;马福恒;俞扬峰;【目的】针对水闸水平位移序列受工况变化、异常跳点和外部驱动滞后影响，传统阈值清洗与单一模型难以兼顾异常识别和预测适用性的问题，提出分工况ARIMAX-MAD稳健清洗与短期预测方法。【方法】以某水闸逐日监测数据为对象，依据水位、降雨和运行扰动划分汛期高扰动与非汛期平稳工况。以水位差、气温和降雨量为外生变量，经滞后相关分析建立ARIMAX模型，利用模型残差表征当前工况下难以解释的异常偏离，并结合MAD稳健尺度识别异常；对清洗后训练序列实施固定参数单步滚动预测，与HST模型比较。【结果】ARIMAX-MAD在保持序列均值、中位数和主体波动特征的同时削弱异常跳点影响，残差标准差由0.554 mm降至0.402 mm，峰度由4.02降至3.67。汛期三类外生变量的滞后约为2 d、2 d和5 d；ARIMAX(0，1，3)的RMSE、MAE和MaxAE分别为0.162 mm、0.140 mm和0.282 mm，较HST降低80.8%、76.7%和84.2%，残差自相关控制更优。非汛期ARIMAX(2，0，0)在MAE和残差相关控制方面较优，HST在RMSE、MaxAE和R2/NSE方面较优。【结论】分工况建模提高了清洗和预测评价的针对性。ARIMAX-MAD主要用于异常识别和训练序列稳健化；汛期宜采用滞后ARIMAX刻画短时响应，非汛期可结合HST控制整体水平与极端偏差，可为水闸位移监测数据处理和短期预测提供参考。
基于自适应人工鱼群算法的西江流域梯级水库鱼类繁殖期生态优化调度模型
李继清;蔡博文;谢华晶;程展鸿;【目的】西江干流龙滩-岩滩梯级水库运行改变了鱼类繁殖期涨水-洪峰关键水文过程，导致下游大湟江口断面产卵河段鱼类资源衰退。为在保障发电效益的同时恢复上述关键水文过程，本文提出了面向鱼类繁殖期关键生态水文过程恢复的梯级生态调度方法。【方法】采用逐月最小值法与逐月频率法分别推求最小生态径流与适宜生态径流，并基于水文变化指标（IHA）与变化范围法（RVA）筛选关键水文指标；在此基础上，采用高斯隶属度-模糊赋权法构建生态完整度，建立生态完整度-发电量双目标生态调度模型，以改进的自适应人工鱼群算法（AAFSA）求解。【结果】当发电量损失率控制在7.1%以内时，典型丰、平、枯水年生态完整度较现状提高54.5%、38.1%和134.2%，关键水文过程指标均落入基于产卵场监测资料确定的繁殖期水量调度适宜范围。在算法性能方面，与改进前相比，发电量提高1.50%，生态完整度提高2.26%，计算时间缩短29.22%。【结论】生态完整度指标能够综合表征调度方案对繁殖期涨水-洪峰过程的恢复程度，丰水年调度空间最大，生态-发电协同效果最优；枯水年受来水总量限制，生态完整度绝对值偏低但提升幅度最大，反映了过程化水量配置对水文过程恢复的显著作用。模型可在发电损失可控条件下有效恢复繁殖期关键水文过程，为西江梯级生态调度决策提供定量化支撑。
基于AVOA-RF算法的TBM净掘进速率智能预测方法及应用
韩守杰;王玉雅;卜鹏;郑州;【目的】针对隧道掘进机(TBM)净掘进速率(PR)预测中影响因素识别困难、预测模型精度受样本容量和影响因素输入的影响，提出了兼顾预测精度与工程适用性的PR预测方法。【方法】基于机器学习建模框架，提出了融合相关性分析、模型封装训练与工程应用约束的影响因素筛选方法，实现了对TBM净掘进速率关键控制因素的系统识别。在此基础上，构建了融合非洲秃鹫优化算法与随机森林的AVOA-RF预测模型，并基于马来西亚PSRWT隧道工程数据对模型性能进行了验证。通过参数敏感性分析、数据稀疏性分析及影响因素消融试验，系统验证了所提出AVOA-RF预测模型的鲁棒性与稳定性。【结果】结果显示：AVOA-RF模型表现出优异预测性能，R2高达0.943，整体性能优于其他经验公式和机器学习模型。参数敏感性分析表明，单轴抗压强度是影响PR预测的关键因素(SHAP值为0.616)。为保证PR预测的准确性，所需训练样本最小容量为62组。相比预测精度最高的经验公式，AVOA-RF模型的R提升了3.63%，验证了AVOA-RF模型的有效性与工程适应性。【结论】结果表明：AVOA-RF能够准确预测TBM净掘进速率，具有较强泛化能力和鲁棒性，预测结果对TBM工程进度与成本控制具有借鉴意义。
基于改进多子群协同粒子群算法的西北干旱区水库水量联合调度研究
刘奕玲;杨钦;李晓英;梁珂;马思超;徐志侠;胡鹏;【目的】针对我国西北干旱地区水资源时空分布不均、利用效率偏低，且传统水库调度算法易陷入局部最优、收敛性能不足的问题，研发适配干旱区复杂水文场景的水库水量联合调度模型与高效求解算法，提升区域水资源配置效率。【方法】以总缺水量最小、总弃水量最小为双目标，构建干旱区水库水量联合优化调度模型；针对传统粒子群算法（PSO）及常规多子群协同粒子群算法（MSC-PSO）的缺陷，提出改进的多子群协同粒子群算法（IMSC-PSO），通过设计基于适应度的动态边界子群划分机制、优化层次化自适应惯性权重策略、构建含跨群学习因子的差异化更新学习机制提升算法求解性能；以典型西北干旱区新疆鄯善县的二塘沟、坎尔其、柯柯亚三座水库为研究对象，设置丰、平、枯、特枯四种典型来水情景，开展模拟计算与实例验证，并与常规调度、传统PSO算法及MSC-PSO算法的调度效果对比分析。【结果】IMSC-PSO算法下优化调度方案的总缺水量较常规调度在四种来水条件下分别降低43.6%～77.68%，总弃水量平均降低55.85%；【结论】IMSC-PSO算法通过干旱区各水库水量协同调控实现了区域月度供水稳定最大化，单库合理波动服从整体最优目标，有效提升了关键用水期的供水保障能力，为西北干旱地区水库水量联合调度及水资源可持续利用提供了科学的模型与算法支撑。