网络首发
基于时空图Transformer的小流域山洪短临预报：预见期边界、缺站降级与预警效用评估
胡祥祥;石亚亚;安乐平;李雷;樊义佳;【目的】针对小流域山洪起涨快、处置窗口短，以及现有站网观测难以转化为可用短临预警信息的问题，评估仅依赖历史多站点降雨和当前水文状态时的山洪预报能力。【方法】基于罗玉沟1991—2024年12站降雨和1990—2024年沟口流量资料，构建时空图Transformer（Topo-STGT），联合预测未来30～180 min流量、试验流量阈值超阈概率、洪峰和峰现时间，并在2021—2024年年代外独立测试集上开展7类模型对比、空间结构消融、事件级回算及缺站试验。【结果】30 min和60 min流量NSE分别为0.742和0.603；Topo-STGT相对普通Transformer的MAE降低0.190～0.396 m³·s⁻¹，表明多站点时空编码具有稳定增益。5 m³·s⁻¹试验阈值下，命中过程的中位有效提前量为32.6 min。59个可评价观测块的洪峰MAE为1.878 m³·s⁻¹、峰现时间MAE为68.9 min；随机缺失3站和5站后，MAE分别增至完整站网的1.541倍和2.181倍。STGT-Distance在60～180 min均取得更低MAE，说明固定DEM拓扑尚未形成额外预测增益。【结论】Topo-STGT能够在现有站网条件下为罗玉沟提供30～60 min定量流量预报和高流量风险筛查；本文建立的预见期分级、事件回算和缺站降级方法可为小流域山洪预警研判与站网运行提供量化依据。
基于水文-水动力耦合的北方极小流域山洪泥石流致灾机理复盘方法：以山东莱芜“7·22”灾害为例
樊炜;刘昌军;李青;常思源;王珊珊;贾雯丽;【目的】针对山区无资料小流域极端暴雨泥石流灾害过程难以定量复盘的问题，以济南莱芜朱家峪“7·22”泥石流灾害为例，构建“现场要素提取—水文过程模拟—二维水动力对照—致灾过程综合分析”的复盘框架，分析灾害起动、固体物质输移及灾情逐级放大的演化过程。【方法】综合遥感、灾前—灾后地形及现场调查资料，识别地形物源和典型灾害痕迹；利用下港站实测洪水过程约束分布式水文模型参数，并采用近邻石云山站逐小时降雨模拟朱家峪产汇流过程；进一步开展二维水动力模拟，与现场泥痕及灾害现象进行对照。【结果】灾后现场调查及地形对比表明，朱家峪主、支沟均存在明显的侵蚀、物源变化及固体物质输移痕迹，其中东支沟物源变化规模更为突出，村中两沟交汇区桥涵附近存在明显淤积及局部过流受阻现象。下港站模拟洪峰为664.2m3/s，与实测洪峰677.0m3/s相比误差为-1.88%，NSE为0.792；近邻石云山站7月22日00:00—05:00累计点雨量为313.8mm，在该降雨驱动下，朱家峪强降雨阶段超渗产流快速增强，径流系数约0.63。二维水动力模拟中典型受灾点计算水深明显低于现场泥痕高度，表明在本文模型设定下，仅考虑水流作用难以完整解释现场实际灾害特征。综合现场调查、地形物源、水文响应及二维水动力对照结果，本次灾害呈现“短历时强降雨—快速产流—物源参与—沟道输移—局部阻塞放大”的链式演化特征。【结论】朱家峪“7·22”泥石流灾害是短历时强降雨、快速产流、固体物质参与、沟道输移及局部过流受阻等环节连续作用的结果。所构建的复盘框架能够整合多源证据，可为山区无资料小流域泥石流灾害过程分析提供参考。
面向TN-C-S低压配电安全提升的储能锂电池健康状态估计方法研究
刘晓;黄泳熙;林可;徐龙;巫春玲;【目的】锂离子储能电池是TN-C-S低压配电储能备用系统的核心部件，电池健康状态（SOH）衰减老化会引发内阻增大与绝缘性能衰退，是导致剩余电流增大、零序电压偏移、漏电与故障跳闸等渐进式安全隐患的源头因素之一。现有TN-C-S配电安全研究多聚焦故障后检测，缺少事前预警能力；同时储能电池工况频繁波动，电化学老化机理复杂，高精度SOH估计难度大。为此，本文将电池SOH高精度估计作为TN-C-S配电安全的前置预警环节，构建基于霜冰优化时域卷积Transformer（RIME-TCN-Transformer）的SOH估计模型。【方法】从时间维度、容量增量和电压弛豫特性中，基于Spearman秩相关、共线性、机理互补性和现场可测性，选取恒流充电时间、增量容量（Incremental Capacity， IC）峰值、充电平台时长和放电平台时长作为输入；其次，构建RIME-TCN-Transformer模型，利用时域卷积网络（TCN）提取局部时序特征向量，输入至Transformer模块，通过多头注意力机制捕获储能电池全局老化趋势；同时引入霜冰优化算法（RIME）对TCN-Transformer网络的关键超参数进行全局寻优并结合特征在线可测性分析明确各特征在台区现场工况下的采集条件。【结果】最后，依托两组电池数据集开展验证，试验结果表明，在现有两组离线电池数据中，所提方法在同济数据集上SOH估计的均方根误差（RMSE）为0.0044，较SVR、LSTM、CNN分别降低62.39%、60.36%和45.68%；在实验室数据集上其SOH估计的RMSE为0.0023，对应降幅为77.88%、58.93%和50.00%。【结论】消融试验与SHAP可解释性分析进一步验证了模型各组件的正向贡献；SHAP分析表明，模型能够依据数据特点自适应调整特征权重，实现对低贡献特征的软降权，展现出良好的跨电池体系泛化能力与鲁棒性。在具备恒流充电工况的台区，该模型可集成至配电系统智能监测终端，与现有漏电保护装置形成预测—检测纵深防御体系，有效降低低压配电网触电和电气火灾事故概率。
基于多源时序遥感影像的作物种植结构提取及需水量时空分析
石鹏程;吕廷波;陈伏龙;张小英;李泽圆;王茂元;【目的】针对南疆绿洲灌区作物种植结构更新滞后与需水空间核算衔接不足的问题，以新疆小海子灌区5个团场为研究区，开展主要作物种植结构提取及需水量时空分析。【方法】融合Sentinel-2时序影像、Planet高分辨率影像、实地物候与耕地先验信息，构建基于光谱—物候—纹理特征的顺序式规则决策树；采用215个独立地面验证点进行主要精度评价，并以1500个Planet辅助参照样本开展空间交叉核验。采用FAO-56 Penman–Monteith方法计算站点参考作物蒸散量(ET0)，在统一网格下比较反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)和协变量趋势—残差RBF三种ET0空间化方案，结合作物系数估算作物需水量(ETc)。【结果】地面验证总体精度为86.05%，Kappa系数为0.7889；Planet辅助核验总体精度为88.53%，Kappa系数为0.840。棉花、冬小麦—青贮玉米、籽粒玉米和红枣面积占比分别为77.2%、5.7%、8.0%和9.1%，2024年ETc分别约为651、985、554和818mm，全年累计ETc空间范围为437.08～905.93mm。按纳入统计的4类作物面积折算，理论作物需水总量约为3.12×108m3，其中棉花约占74.2%。【结论】所构建框架实现了作物识别、ET0空间化与ETc核算在统一空间单元上的衔接，可表征复种、大田作物与林果镶嵌条件下的作物分布及阶段性需水差异。作物面积结构与生育进程共同影响灌区需水时空格局，可为分作物、分生育阶段识别供水重点区提供空间依据。
干湿循环下胶-筋固化黄土和高次团粒固化黄土宏观性能与微结构演化分析
李林刚;晏长根;李怀鑫;焦远帆;梁哲瑞;杨涛;【目的】针对黄土高原地区边坡坡面剥落、陷穴和冲沟等浅表病害频发问题，以甘肃省G244线庆阳过境段公路坡面防护工程为例，分析了胶-筋固化黄土（GFL）和高次团粒固化黄土（HAL）在坡面生态防护过程中的效能持久性问题。【方法】基于直剪试验、崩解试验、土-水特征试验、扫描电镜试验以及边坡生态防护试验等，探究了干湿循环作用下GFL和HAL的宏观强度、微观结构以及植被生态性能，揭示了干湿循环过程中GFL和HAL的微结构演化与宏观性能退化机理。【结果】结果显示：干湿循环作用导致GFL的宏观性能劣化程度低于HAL，采用指数模型可反映GFL和HAL宏观性能劣化度与干湿循环次数的映射关系；干湿循环过程中，GFL和HAL的颗粒形态逐渐圆润，孔隙排列的无序性增强，且两者的微结构参数与宏观性能呈现显著线性相关关系；干湿循环条件下，HAL的持水能力、释水特性以及植被生态性能优于GFL，但HAL防护条件下坡表的裂隙发育明显，坡面生态防护短期适应性低于GFL。【结论】GFL与HAL均可缓解干湿循环条件下黄土（UL）宏观性能的劣化进程，前者通过纤维的拉筋作用协同生物胶对黄土颗粒的键能强化、孔隙填充以及成膜隔水作用，后者通过保水剂的持水能力协同黏结剂对黄土颗粒的凝聚以及胶结作用，两类固化黄土在坡面生态防护过程中GFL的效能持久性更优。研究成果可为黄土边坡坡面的长效防护提供科学依据。
稻田灌区田间尺度入渗动力学研究：斯里兰卡的比较研究和参数评估(英文)
SUMANASEKARA Harindu Sathsara;SENATILLEKE Udara;JAYASINGHE Ananda;SIVAYOGAN Ramya;GUNATHILAKE Miyuru;JODHANI Keval Haresh;RATHNAYAKE Upaka;【目的】入渗是维持稻田土壤-植物-水连续体的关键因素。众所周知，土壤质地和含水量会显著影响土壤入渗率。入渗率对于规划土质灌溉渠道和制定灌溉制度至关重要。尽管田间人工测试方法能提供较为准确的入渗率，但学界也开发了多种模型作为便捷工具来估算入渗率。斯里兰卡以往关于土壤入渗的研究多采用入渗环人工测量法，但鲜有研究将田间实测数据与现有的经典入渗模型相结合，而这正是本研究的创新之处。【方法】选取斯里兰卡马哈威利(Mahaweli)开发区内三个主要稻田灌溉区(Minipe左岸、HuruluWewa和SystemB)的3个地点，对主要入渗模型与人工实测方法进行了对比分析。采用了GREEN-AMPT模型、KOSTIAKOV模型、HORTON模型和PHILIP 模型。【结果】人工测试结果表明，在61个农田样点中，饱和入渗率介于0.11至0.96 cm/h之间，其显著差异主要归因于土壤质地的不同。基于23个渠段的平均数据，两种物理机制模型对实测入渗曲线的拟合效果远优于经验公式：GREEN-AMPT模型的决定系数R2为0.9996，均方根误差RMSE为0.0013 cm/h，纳什效率系数NSE为0.9995；PHILIP模型的R为0.9991，RMSE为0.0025 cm/h，NSE为0.9971。相比之下，KOSTIAKOV模型和Horton模型的RMSE分别高达0.1361 cm/h和0.1645 cm/h。统计检验表明，这两种物理机制模型的模拟性能无显著差异。PHILIP模型参数与土壤质地呈系统性相关：含砂砾土壤剖面的平均饱和导水率K为0.223 cm/h，而以黏土为主的剖面为0.165 cm/h。此外，在57%的测点上，重力特征时间 [即(S/K)] 超过了试验持续时间，表明这些测点的入渗过程以毛细作用为主导。【结论】在斯里兰卡水稻田典型的淹水、高岭石主导及黏土质地条件下，物理机制模型比经验模型具有更高的适用性。鉴于PHILIP模型的参数具有明确的物理意义且依赖于土壤质地，推荐在实际工程中应用该模型，以便在缺乏人工实测数据的区域估算入渗参数。
堆石混凝土拱坝层面堆石外露的检测与分布规律讨论
安宇;杨家琦;王元喜;张兴毅;金峰;【目的】堆石混凝土坝的施工层面是其相对薄弱环节，保留一定比例的外露堆石能够显著提高层面的抗剪性能。提出层面堆石外露的快速检测与评价方法，并对现场层面真实外露情况进行系统性分析，能够保证工程质量并为同类型大坝的设计施工提供参考。【方法】鉴于此，首先基于改进YOLOv11与新修规范要求，提出了层面堆石外露情况的分割识别与分析评价方法；在此基础上，对东南某RFC拱坝30个层面的堆石外露情况进行了分布规律讨论。【结果】改进的YOLOv11分割模型的识别精度P、召回率R、平均精度mAP50和每秒帧数分别为91.4%、89.3%、76.2%及68 FPS；采集层面的平均堆石外露率REP都大于10%，但有3个堆石外露区域占比小于10%的不达标层面；检验结果显示，整体和单仓的层面堆石外露率均服从Weibull分布。【结论】改进YOLOv11模型在层面堆石外露识别中表现出良好的识别精度和计算效率；新修订规范对堆石外露的分布提出了要求的同时也保证了现场施工的灵活性；采用Weibull分布能够很好地表征现场真实层面外露情况。
多源遥感数据与图结构约束下的RNN-GNN多站点日径流预测研究
方宇晨;邓超;邹佳成;罗京佳;【目的】流域径流预测对于提升流域水文预报精度与水资源调度管理能力具有重要意义，但现有径流预测方法在刻画站点间水文联系和空间依赖关系方面仍存在一定不足。为提高多站点径流预测精度，构建一种融合循环神经网络（RNN）与图神经网络（GNN）的混合模型，开展流域多站点日尺度径流预测研究。【方法】以赣江流域三个水文站为研究对象，构建长短期记忆神经网络（LSTM）和门控循环单元网络（GRU）两种RNN模型，并分别与GNN进行耦合，对比分析不同混合模型的径流预测性能。同时，设置不同输入特征组合和图结构构建方式，评估输入特征差异与图结构构建差异对混合模型预测精度和稳健性的影响。【结果】结果显示：引入GNN能够有效降低单一RNN模型径流预测值与实测值之间的误差，误差最大降幅可达22.94%；在输入特征方面，采用单一高质量遥感产品代替地面观测数据作为模型输入能够取得较优的预测效果，而同时引入降水与潜在蒸散发遥感数据能够显著提升模型性能，使径流相对误差降低7.1%～97.4%；在图结构方面，不同图结构构建方式直接决定了其月平均相对误差的变化形态与趋势。【结论】结果表明：融合GNN能够增强RNN模型对流域多站点径流过程的预测能力，有助于降低预测误差并提升模型稳健性；合理的图结构应能够反映上下游站点间的径流联系以及降水对各站点径流过程的驱动作用，对模型预测结果具有重要影响。研究可为流域多站点径流预测模型构建、图结构设计以及多源水文气象因子融合应用提供参考。
圆形地连墙接头对墙体受力变形影响的试验研究
张军;杨玉琳;吴仁辉;圆形地连墙因其拱效应力学性能表现为结构稳定性强、径向变形小，广泛应用于基坑工程中。然而，墙体的分段浇筑施工导致接头处与墙体刚度存在差异，墙体整体刚度水平下降，因此接头的存在可能会削弱拱效应，这是影响墙体整体稳定性的一个重要因素。结合室内模型试验和数值模拟，研究了接头形式和接缝数量的变化对圆形地连墙内力与变形的影响规律，运用Midas GTS/NX建立三维数值模型，对比分析计算结果和实测结果。结果表明：有无接缝以及接头形式对墙体应力影响显著，其中，接头形式的影响较大，接缝数量的影响较小。随着接头刚度的增大，竖向应力增大，环向应力减小；随接缝数量的增加，竖向应力减小，环向应力增大。墙体径向位移与环向应力的变化规律一致，但总体位移量较小。
1970—2018年滇东北地区极端气候时空变化特征及其影响因素分析
袁立;吴利华;吴坤德;刘俊枫;刘伟;高浩男;【目的】滇东北地处云南高海拔地区，对全球气候变暖响应敏感，揭示其极端气候变化特征及影响因素对区域极端气候灾害防治与可持续发展具有重要意义。【方法】基于1970—2018年滇东北地区11个气象站的逐日气温和降水量等观测数据，选取20种极端气候指数，采用一元线性回归、M-K突变检验、Morlet复小波分析、Pearson相关性分析、小波相干性及交叉小波分析等方法分析该区极端气候的时空变化特征及其与大尺度环流指数等因素的关系。【结果】时间上，除TX10p、TN10p、CSDI呈显著下降外，其余极端气温指数均呈显著上升趋势；极端降水指数中仅R1和CWD呈显著下降，其余指数变化不显著；突变主要发生于20世纪90年代至21世纪初，各指数普遍存在多时间尺度振荡。空间上，极端气候指数空间分异特征显著，极端气温暖指数与部分冷指数（TNn）总体上呈自西北向东南递增，其余极端气温冷指数大体与之相反；除CDD外，极端降水持续时间指数的高值区主要分布于巧家县至绥江县一带，除PRCPTOT外的极端降水量指数高值区主要分布于会泽县附近。在影响因素方面，海拔与TXx、TNx、TXn呈显著负相关，与TX10p呈正相关；多年平均降水量与除CDD外的极端降水指数呈显著正相关。大尺度环流因子中，AMO影响最为突出，与极端气温暖指数及部分强降水指数呈正相关，与极端气温冷指数呈负相关，且存在多尺度协同变化与相位差异。【结论】滇东北地区极端气候显著增暖，空间分异突出。海拔与多年平均降水量分别是极端气温和降水指数的重要影响因素，AMO对区域极端气候变化具有潜在调制作用。