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热带海岛入海河流洪水复盘与致灾机制研究：以万泉河2024年洪水为例
姜姗姗;杨光耀;胡越;刘荣华;马美红;【目的】通过洪水复盘分析，深入剖析热带海岛独流入海河流在台风暴雨下的洪水演进过程与致灾机制，以期为区域防洪规划与洪涝灾害预警提供技术支撑。【方法】以2024年10月台风“潭美”引发的万泉河流域特大洪涝灾害为案例，基于实测水文资料，系统解析了暴雨洪水的频率与空间分布特征，并构建流域一二维耦合水动力-泥沙模型，精细模拟洪水的淹没过程，并根据洪痕资料验证模拟精度。【结果】结果显示：此次洪水的洪量发生频率显著高于洪峰，流域控制站加积水文站洪峰流量超20a一遇，三日洪量超50a一遇，洪水主要来源于合口咀以上区域，尤其是牛路岭水库以上区域；洪水导致干流两岸约55km2范围受淹，平均水深达2.3m。这次灾害主要归因于汛末长历时、高强度降雨，而嘉积坝的阻水效应与乐城先行区防洪体系薄弱共同放大了灾情。【结论】通过构建的一二维耦合水动力-泥沙模型能够有效模拟万泉河流域特大洪水过程，并准确刻画了洪水演进、淹没范围及河口冲淤变化特征。研究深化了对热带海岛独流入海河流台风暴雨洪水演进规律与致灾机制的理解，研究成果可为洪水风险评估与防洪体系优化提供科学依据，对提升区域防洪韧性具有参考价值。
数据匮乏背景下基于时空深度学习算法的城市内涝风险评估：以哈尔滨为例
刘宇烁;李苗;吴京晏;王旭升;马野;【目的】随着全球变暖加剧，极端降水事件频发，内涝风险评估已成为城市防灾减灾的迫切需求，现有研究多依赖于高密度的水文监测数据，相关评估工作在数据匮乏地区难以有效开展。为此，研究以北方城市哈尔滨为研究区，从动态时序变化与静态空间两个维度实现城市内涝风险的预测与评估。【方法】 在数据匮乏的背景下以哈尔滨市为研究区，系统对比了LSTM、GRU、NBEATS及TFT四种时序模型的性能，以探究其在降水时序变化预测中的适用性及准确性。在此基础上选取综合性能最优的时序模型结合CNN模型构建两阶段评估框架：首先，通过时序模型预测未来单日降水量，并对预测的单点降水数据进行插值处理形成未来单日降水的空间分布格局；其次，将预测结果与地面高程和土地利用数据融合为网格数据，以水务集团发布的易涝点位为分类标签，通过CNN模型预测研究区日值的内涝风险等级空间分布图。【结果】结果表明，在对比的四种时序模型中，GRU模型综合表现最优，其均方根误差为0.045，平均绝对误差为0.019，决定系数达0.948。基于GRU构建的GRU-CNN两阶段模型，其内涝风险分类准确率达0.926，F1分数为0.926，决定系数为0.851，模型两个阶段的预测总用时约15min。【结论】GRU-CNN两阶段模型能够在数据匮乏条件下有效预测城市内涝风险的空间分布格局，实现了动态降水时序预测与静态空间风险评估的串联，可为数据稀缺的北方寒地城市内涝防治工作提供低成本、高效率的技术支撑与决策参考。
面向水利工程的USV–ROV异构协同水下智能巡检系统与方法研究
赵薛强;刘庚元;李奇;刘波;魏金占;谢济安;胡继明;刘昀佼;【目的】针对水利工程水下构筑物巡检过程中普遍存在的作业效率偏低、信息获取受限以及智能化程度不足等问题，面向复杂水域环境下水下构筑物安全监测的实际需求，研发了一套基于无人智能异构协同的水利工程水底巡检机器人与多传感器集成的一体化智能巡检系统。【方法】该系统通过水面无人船（USV）与有缆水下机器人（ROV）的协同作业，实现了水面全局引导与水下近距离精细检测的有机结合，有效弥补了单一水下机器人在复杂场景下作业受限的问题。在协同控制方法方面，针对异构平台在通信受限、水动力扰动强及协同稳定性不足等条件下的决策难题，提出了一种面向USV-ROV 异构协同巡检任务的改进型多智能体深度确定性策略梯度算法（UR-MADDPG）。该算法从决策结构层面构建全局—局部解耦协同机制，在集中训练阶段引入环境感知的全局价值评估，在分布式执行阶段基于局部观测实现自主决策；同时将水下作业安全约束与能耗约束显式融入奖励建模过程，以提升协同策略在工程应用中的可行性与鲁棒性。【结果】结果显示，在实际工程场景中，将所构建的无人异构协同水下智能巡检系统应用于某水利工程导流闸门边墙、桩墩等典型水下构筑物的全覆盖检测。试验结果表明，与非协同策略相比，UR-MADDPG 协同策略在训练中后期显著提升了巡检覆盖率，并在保证检测精度的同时有效降低了系统能耗。【结论】研究结果表明，在典型工程场景中，新方法相较于非协同策略，将巡检平均覆盖率提升约 53.7%，平均巡检时间由降低约35.5%，巡检效率提升55%左右，目标破损面积计算的相对误差控制在6%～9%范围内，其能够在复杂水域环境下实现高效、稳定的水下巡检作业，为水利工程水下构筑物的智能化运维提供了一种可行的技术路径。
极端降雨-潮位情景下感潮河网流域洪涝风险的空间响应特征：以深圳市宝安区茅洲河流域为例
杨滨;王汉岗;邹家祥;宋利祥;【目的】为厘清极端降雨与潮位顶托共同作用下感潮河网流域洪涝风险演变规律，提升地区洪涝风险识别与防涝能力，【方法】以深圳市宝安区茅洲河流域为研究对象，构建融合山区水文、水库调洪、感潮河涌一维水动力、城市地表二维水动力与地下管网排水的全流域耦合洪涝模拟模型，选取设计暴雨、设计潮位及典型极端降雨事件等多类降水-潮位组合情景，模拟不同情景下排水系统负荷，探究极端降雨-潮位情景下区域洪涝风险时空响应特征。【结果】随设计暴雨强度由100a一遇升至500a一遇，管网满载率由62.50%增至65.34%，节点溢流率由27.57%升至30.69%，近干流和河口低洼区自排能力明显下降。典型极端降雨中，郑州“7·20”和广州增城极值降雨满载率分别达69.29%和67.06%，节点溢流率为34.71%和33.05%；惠州“8·31”暴雨表现为长历时高水位运行与积水消退滞后。极端降雨淹没面积最高达10.82 km2，均高于500a设计暴雨的7.46 km，显示洪涝响应存在非线性扩展。高风险区沿河涌、主干道和低洼建成区集聚，中下游感潮片区主要受高潮位顶托和河道漫溢影响，上游石岩河片区受高水位约束下局部深水积涝控制。社会经济暴露度分析显示，中下游片区受影响人口可达11.89～16.87万人，GDP达113.07～166.50亿元，主干道受影响长度30.78～39.12 km，上游石岩河片区明显低于中下游片区，反映区域排水系统对不同片区的差异化响应。【结论】构建的全流域耦合洪涝模拟模型能够有效刻画感潮河网流域洪涝演进过程，揭示了中下游感潮片区与上游汇流片区差异化的风险响应机制，可为沿海感潮河网地区分区防涝与超标准洪涝风险管理提供科学支撑。
引排新格局下的河网动力重构与水质响应研究：以新孟河工程为例
江宸宇;潘明祥;李朋;李勇涛;顾浩;李蓓;【目的】为定量评估太湖上游地区骨干引排工程联合调度下平原河网动力重构规律与水质响应特征，【方法】以新孟河工程沿线水系为对象，提出了适用于平原河网的改进能量功率法与新增功率传递系数，并结合精细化构建的水量水质耦合模型，设计多闸泵联合调度情景开展数值模拟分析。【结果】结果表明，新孟河工程引水可有效抬升湖西河网水位，工程沿线、滆湖周边骨干河道水质改善效果相对明显，入太湖水质亦有所提升；联合武南河引水和新沟河北排后，可进一步削弱太滆运河上游倒流顶托，提升武南河及近端城区河道活水效果。然而，新增能量向武进城区内部河网的传递仍然不足，武南河枢纽至长沟河、湖塘河等内部河道功率传递系数仅约6.8%～8.6%，动力和水质改善均相对有限。【结论】结果表明，联合调度改变了骨干通道水量输移和能量分配，但城区内部仍存在动力传递衰减问题，未来需进一步强化新孟河工程与沿江口门、环太湖口门以及城区工程协同调控，以系统解决城区活水不足、河道倒流等问题。
基于水化学-同位素-水位的洮儿河扇形地地表水与地下水交互关系空间变异性分析
吴慧美;梁煦枫;梁秀娟;杨伟飞;【目的】为揭示洮儿河扇形地不同河段及两岸地表水与浅层地下水交互关系的空间变异特征，【方法】本文沿洮儿河采集河水样5组、浅层地下水样12组，并按上-中-下游、左-右岸及近-远河进行分区，综合水化学、氢氧稳定同位素和典型剖面水位关系，判识地表水-地下水交互方向与联系强度。【结果】研究区水体整体为弱碱性、低矿化度淡水特征，pH为7.01～8.19，TDS为138～283mg/L，水化学类型以HCO3-Ca·Mg型为主；地表水δ1?O和δD分别为-11.050‰～-10.635‰和-81.373‰～-79.329‰，地下水分别为-10.725‰～-7.983‰和-80.361‰～-67.175‰。结合典型剖面水位关系，Ⅰ区东岸R2水位高于G3、G4分别为0.76m和3.30m，Ⅲ区西岸R4水位高于G10、G9分别为0.57m和0.62m，表明部分河段河水对浅层地下水具有明显入渗补给；远河地下水同位素相对偏重、水化学组成趋于稳定，与河水直接联系较弱。【结论】洮儿河扇形地地表水与地下水交互关系表现为河水补给地下水与地下水排泄河流并存，且转化方向沿程发生变化。水化学-同位素-水位联合判识方法从水动力条件、物质组成和补给来源三个方面对地表水-地下水交互关系进行交叉验证，具有较好的方法通用性和可迁移性，可为冲洪积扇河流-浅层含水层交互关系识别提供参考。
膜下滴灌棉田凝结水及其与气象因子的关系研究
马瑞莎;乔长录;高越嵩;谷新晨;王亮雄;【目的】凝结水作为干旱区农田微生态系统的重要补充水源，其发生规律及气象驱动机制尚不完全清晰。为揭示干旱区绿洲棉田凝结水的发生规律与数量特征，探讨覆膜与否对凝结水形成机制的影响，并明确微气象因子对其形成的驱动机制，以期为干旱区农田水分精细化管理及作物水分利用效率评估提供理论依据。【方法】依托石河子大学节水灌溉试验站2018—2020年蒸渗仪、气象站对棉田凝结水进行测定和试验，对所得数据进行综合分析。根据不同覆膜方式设置对照试验，利用3台规格为2 m×2 m×2 m型号为QYZS-2010的大型称重式蒸渗仪对棉田凝结水进行实时监测，分析凝结水日变化、生育期差异、相对水分贡献及其与空气相对湿度、露点温度、地表-空气温差(Ts-Ta)、凝结面-露点温差(Ts-Td)、风速和风向的关系。【结果】棉田凝结水主要发生在北京时间0:00至次日8:00，表现为夜间形成、凌晨增强和日出后转为蒸散的连续变化过程，典型日曲线主要反映凝结水日内变化的总体趋势。覆膜与不覆膜处理下凝结水日变化整体趋势基本一致，但二者在凝结速率峰值、峰值出现时间和累积凝结量上存在差异；不覆膜条件下系统整体获取的凝结水量高于覆膜条件，说明覆膜会通过阻隔土壤-大气水汽交换、改变有效凝结界面和近地表热湿环境，降低系统可记录的凝结水输入。2018—2020年不覆膜处理凝结水量分别为36.60 mm、89.20 mm和61.63 mm，覆膜处理分别为31.37 mm、70.87 mm和58.05 mm；凝结水量与同期降雨量的比值最高可达97.21%(2020年不覆膜)。凝结量与空气相对湿度、露点温度呈正相关，与地表-空气温差(Ts-Ta)呈指数关系；但凝结发生的直接热力条件是凝结面温度达到或低于露点温度(Ts-Td≤0)。风速与凝结量之间的相关性较弱，风向更多反映夜间山谷风等局地环流背景及其对水汽输送条件的影响。【结论】干旱区滴灌棉田凝结水虽难以改变宏观农田耗水格局，但在少雨生育期可作为具有局部生态意义的微量水分补充。覆膜措施在减少土壤蒸发、保持土壤水分的同时，也会改变近地表水汽输送和凝结界面条件，从而降低系统可记录的凝结水输入。本研究基于多年蒸渗仪连续观测，揭示了覆膜下垫面条件下棉田凝结水过程及其微气象驱动特征，可为干旱区农田水分微循环评估提供依据。
含强层理面储层水力裂缝扩展数值模拟研究
陈旭;王学森;贾趵;【目的】页岩油气开发中，连续层理面力学差异显著改变水力裂缝扩展路径与形态，揭示强层理面对裂缝扩展的调控机制并明确裂缝穿越层理面的有利条件，对增强储层改造效果有重要意义。【方法】本文根据力学特征划分了强弱层理面，采用三维离散格子法建立含强层理面的水力压裂数值模型，结合Blanton 交互准则验证模型可行性，重点关注层理面上水力裂缝扩展具体情况，并根据多个表征参数相互印证结论的可靠性，系统分析压裂参数与强层理面分布特征对裂缝扩展的影响规律。【结果】结果显示：压裂液体积一致时，压裂液黏度升至30 mPa·s或排量升至5.4 m3/min时，井筒附近和强层理面上主裂缝数量达到峰值，拉伸裂缝面积(TSA)最小，剪切裂缝面积(SSA)最大；当强层理面占比增至5%、强层理面与井筒水平距离为0 m、强层理面占比较低情况下压裂液黏度升至50 mPa·s或排量升至12 m3/min，水力裂缝完全穿越层理面。【结论】结合机理分析表明：高黏度、高排量压裂液能够维持裂缝尖端高净压力，克服层理面剪切阻力，优先在强层理面形成贯通主缝，但由于沿程摩阻随之增大，会抑制储层基质内部裂缝纵向、横向延伸；强层理面占比提升、强层理面紧邻井筒分布时，层理面整体抗剪强度阈值提高，裂缝尖端应力更易突破层理界面约束，实现穿层延伸；而强层理低占比地层中层理整体强度偏低，仅依靠通过增大黏度或排量提升流体压力，减缓层理面滑移趋势，推动水力裂缝垂直穿层。研究结论为层理发育储层的压裂设计提供了理论参考。
基于Wind-YOLO模型的风电混塔机组结构表观病害检测方法研究
田祥;张绍强;全晓澍;刘梦;张明飞;吴艳奇;【目的】风电混塔作为风力发电系统的核心支撑结构，其表观病害（如裂缝、腐蚀与剥落）的精准检测是保障风电场安全运行的关键。然而，现有检测方法在复杂环境下存在细粒度特征提取不足、小目标漏检率高以及计算效率低下等问题。【方法】为此提出一种基于改进YOLOv11架构的专用检测模型——Wind-YOLO，其创新性体现在以下三方面：（1）设计了高效小波下采样模块，通过小波变换与卷积降采样的双分支协同机制，在降低特征图分辨率的同时保留多尺度结构细节，显著提升对微小裂缝的感知能力；（2）引入极化自注意力机制，通过通道与空间维度的正交特征建模，强化模型对复杂背景中局部病害的聚焦能力；（3）结合Powerful-IOU边界框回归损失函数，引入目标尺寸自适应的动态梯度调控策略，有效解决传统IoU损失导致的锚框盲目扩张问题。【结果】试验表明，Wind-YOLO在自建数据集上的mAP-50达82.1%，同时参数量（3.0M）和计算量（7.0GFLOPs），展现出良好的轻量化特性和较低的计算复杂度。【结论】该模型为风电混塔的智能化巡检提供了高精度、轻量化的解决方案，尤其适用于无人机与边缘设备的实时部署场景。
基于SCS-CN和RUSLE耦合的坡面水沙过程模拟：以合同沟试验场人工降雨为例
胡泽华;刘晓民;王梓行;李兴月;王文娟;刘勇;[目的]黄河“几字弯”地区水沙关系不协调，准确模拟不同降雨条件下坡面产流产沙过程，对认识坡面水沙响应机制和支撑水土保持调控具有重要意义。[方法]基于合同沟试验场2023—2024年54组人工模拟降雨试验，设置3种坡度（5°、10°、15°）、3种植被覆盖度〔低（14%～17%）、中（50%～58%）、高（72%～77%）〕和3个雨强（21、50、93 mm/h）组合情景；结合前期土壤含水率与稳定入渗过程，采用贝叶斯方法优化SCS-CN模型参数，并耦合RUSLE模型，模拟坡面水沙过程。[结果]试验揭示植被覆盖度是坡面产流产沙的主导因子，在21mm/h和50 mm/h雨强下贡献率均超过85%，在93mm/h雨强下高于74%；坡度作用随雨强增大而增强，在93mm/h雨强下贡献率升至19.95%。优化后的SCS-CN模型显著提高了径流模拟精度，NSE由0.68提高至0.85，RMSE由3.8mm降至2.1mm；与RUSLE耦合后，能够较好模拟不同条件下的坡面产流产沙过程。[结论]低、中雨强条件下植被覆盖度对坡面减流减沙起主导作用，高雨强条件下坡度对侵蚀动力的促进作用增强。综合考虑前期土壤水分、稳定入渗过程及CN参数优化，提高了SCS-CN模型在研究区坡面尺度上的适用性。