维持黄河流域水沙平衡的调控指标阈值体系研究
胡春宏，张治昊，张晓明
（中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100048）
摘要：推进黄河流域系统治理与黄河水沙协同调控是确保黄河长久安澜的关键。因受气候、生态、地形地貌和强人类活动等多系统耦合影响，约束黄河水沙整体行为的分系统协调以及各单系统水沙关系协调的表征指标筛选及其阈值确定，一直是治黄实践的难题。基于维持黄河全流域水沙平衡，构建了黄土高原-干流河道-河口水沙协同调控三级指标阈值体系，包括1个一级指标、8个二级指标和20个三级指标。结果表明：①流域侵蚀防控指标阈值体系中，60%的林草梯田覆盖率下可致产沙的次降水量阈值为57mm；可基本遏制流域产沙的林草有效覆盖率和梯田比阈值分别为60%和40%；淤地坝拦沙减蚀阈值为三级沟道控制率40%~50%。②河道水沙调控指标阈值体系中，近期宁蒙河段平滩流量阈值约为2 000m3/s，远期黑山峡水库建成后宁蒙河段平滩流量阈值约为2 500m3/s；近期潼关高程调控阈值约为328m，远期古贤水库建成后潼关高程可冲刷下降至326m左右；下游河道平滩流量阈值约为4 000m3/s。③考虑黄河三角洲淤蚀动态平衡，河口稳定沙量阈值约为2. 6亿t/a。
关键词：水沙关系；流域水沙平衡；水沙调控；阈值体系；黄河流域
无资料地区水文模型参数移植不确定性分析
关铁生1,2，鲍振鑫1,2,3，贺瑞敏1,2，杨艳青4，吴厚发1,2
（1. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029；2. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029；3. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；4. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610299）
摘要：无资料地区降水径流模拟是水文学研究的国际前沿和热点问题。水文模型参数移植是无资料地区降水径流模拟的重要方法，对径流模拟精度具有重要的影响。利用核密度估计和蒙特卡罗随机模拟等方法，构建了一种水文模型参数移植误差驱动的无资料地区径流模拟不确定性定量评估框架。以广西壮族自治区42个有水文监测站点的典型中小河流为研究对象，率定新安江模型参数并模拟日径流和洪水过程，将42个典型流域依次假定为无资料流域，利用基于回归分析、相似流域和机器学习的参数移植方法，模拟无资料地区的洪水过程并识别最优的参数移植方法，分析移植法估算的模型参数值和直接率定值相比误差的概率分布特征，定量评估模型参数移植误差带来的径流模拟不确定性。研究结果表明：①基于回归分析的参数移植法模拟无资料地区洪水过程的精度优于相似流域法，优选的机器学习算法比传统回归分析法和相似流域法的计算精度提高了7%~15%；②与模型参数率定值相比，移植方法计算的模型参数具有一定的误差，对洪水模拟敏感参数的误差小于不敏感参数；③受模型参数移植误差的影响，利用蒙特卡罗法随机模拟的洪水过程具有一定的不确定性，洪量和洪峰相对误差的主要区间分别为10%~30%和10%~40%。相关成果为无资料地区的径流概率模拟及不确定性评估提供了一种新的技术，对中小河流洪水预报与防洪减灾具有一定的支撑作用。
关键词：无资料地区；径流模拟；不确定性；新安江模型；参数移植
基于深度学习的雷达降雨临近预报及洪水预报
李建柱，李磊菁，冯 平，唐若宜
（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350）
摘要：为探究深度学习的雷达降雨临近预报在流域洪水预报中的适用性，采用U-Net、嵌入注意力门的Attention-Unet和添加转换器的多级注意力TransAtt-Unet开展雷达降雨临近预报，将预报降雨作为HEC-HMS 水文模型的输入，对柳林实验流域进行洪水预报。结果表明：1h预见期时，Attention- Unet对短时强降雨预报结果较好，TransAtt-Unet预报降雨模拟的洪峰流量和径流量相对误差小于20%，各深度学习模型对量级较大的降雨和洪水预报精度较高；2h预见期的预报降雨强度、降雨总量、洪峰流量和径流量存在显著低估，U-Net能取得相对较好的降雨预报结果。基于深度学习的1h预见期雷达降雨临近预报及洪水预报可为流域防洪减灾提供科学依据。
关键词：雷达降雨临近预报；降雨定量估计；深度学习；洪水预报；柳林实验流域
基于贝叶斯三角帽法的多源降水数据融合分析及应用
赵 君1,2，刘 雨1，徐进超1,2，王国庆2，邵月红1，杨 林1
（1. 南京信息工程大学水文与水资源工程学院，江苏 南京 210044；2. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029）
摘要：目前的降水产品依然存在较大的不确定性，采用多源降水数据融合可以更准确地估计降水量和空间分布情况。为实现无资料地区的数据融合，本文在不使用任何先验信息的前提下，通过整合站点插值、卫星遥感和再分析的降水产品，基于贝叶斯三角帽（Bayesian-Three Cornered Hat，BTCH）法，融合多源降水数据，探究不同输入数量的降水产品对于融合数据精度的影响以及每个降水产品对于融合数据精度的贡献率，并在黄河源区进行应用。结果表明：在月尺度上，融合数据性能优于原始降水产品；在日尺度上，融合数据性能明显高于卫星遥感和再分析降水产品，但低于基于站点的降水产品CHM_PRE；2套基于站点的降水产品CN05.1和CHM_PRE对于融合数据有最大的贡献率。在黄河源区的应用表明，该数据融合方法确实能够更准确地估计降水量，可应用于无实测降水资料地区，为数据融合分析及应用提供参考。
关键词：多源降水；数据融合；不确定性分析；贝叶斯三角帽
三峡水库蓄水后下游河道悬沙恢复效率
陈 立1，王愉乐1，邹振华2，李雨晨1，余博闻1，余长伍3
（1. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072；2. 长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局，湖北 武汉 430010；3. 湖北省田关水利工程管理处，湖北 潜江 433199）
摘要：受诸多因素影响，枢纽下游不饱和水流冲刷过程中悬移质泥沙含沙量沿程恢复非常复杂。为了进一步弄清枢纽下游悬沙沿程恢复的规律，本文引入含沙饱和度及饱和度恢复效率系数分别描述悬沙恢复的程度和效率，基于宜昌—大通河段的实测水沙资料，分析悬沙恢复效率的变化趋势及其影响因素，并建立计算饱和度恢复效率系数的经验公式。结果表明：①三峡水库下游河道不同河段的恢复效率随时间未出现一致的趋势性变化，但总体上沿程减小，其中单位河长内悬移质全沙的恢复程度在枝城—沙市河段最大、在螺山—汉口河段最小，相差约23倍；②含沙饱和度、床沙补给强度以及流量等影响悬沙恢复效率，饱和度恢复效率系数随进口含沙饱和度的增大而减小，随床沙补给强度的增大而增大，床沙补给强度为正时饱和度恢复效率系数随流量的增大而减小、床沙补给强度为负时随流量的增大而增大；③基于饱和度恢复效率系数与进口含沙饱和度、流量以及床沙补给强度的关系,建立了计算河段出口悬移质全沙以及各粒径组悬沙含沙量的经验公式。
关键词：悬沙恢复；不平衡输沙；含沙饱和度；饱和度恢复效率系数；三峡水库
黄河水沙调控多目标协同模型构建及应用
李洁玉1,2，李 航1,3，王远见1,2，江恩慧1,2
（1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003；2. 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室，河南 郑州 450003；3. 郑州大学水利与土木工程学院，河南 郑州 450001）
摘要：为促进黄河流域行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统多维功能协同发挥，提出黄河水沙调控多目标协同总体架构。基于系统整体耦合协调度构建黄河水沙调控多目标协同模型，实现了不同来水来沙与工程组合情景下黄河水沙调控目标函数与约束条件灵活选择及权重系数适应性调整。以黄河中游三门峡-小浪底水库群为例，开展丰平枯典型年水沙优化调控。结果表明：排沙与发电目标间存在强竞争关系，生态和发电目标间存在弱竞争关系；系统整体耦合协调度最高的方案均能达到各目标优质协调，并倾向于发挥更大发电效益。模型应用结果启发管理者在实际调度中适当提升发电量，并在枯水年注意增加生态供水。研究成果可为黄河水沙多目标优化调控实践提供科技支撑。
关键词：水沙调控；多目标协同；联合优化调度；耦合协调；水库群；黄河流域
新疆绿洲格局变化与生态耗水结构分析
李梦怡1,2，邓铭江3，凌红波4，邓晓雅5，闫俊杰6，焦阿永7
（1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 天津大学建筑工程学院，天津 300350；3. 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000；4. 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；5. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；6. 伊犁师范大学，新疆 伊宁 835000；7. 四川大学水利水电学院，四川 成都 610065）
摘要：为准确评估新疆绿洲格局变化与生态耗水结构，综合应用遥感信息技术和统计学方法，从省域和水资源分区2个尺度系统研究20世纪90年代以来新疆绿洲的演变格局，分析绿洲生态耗水特性，揭示社会经济耗水与生态耗水之间的比例关系。结果表明，人工绿洲和天然绿洲的面积之比由0.625∶1 演变为1.3∶1，其生态耗水总量分别由1990年的125.0亿m3和45.8亿m3增至2018年的182.2亿m3和71.9亿m3，呈波动增长的变化趋势；在空间上，绿洲耗水呈“北高-南低”的分布格局。新疆生态耗水总量为329.7亿m3，其中天然生态系统的耗水量为218. 0亿m3，与总可利用水量之比分别为49.6%和32.8%。
关键词：生态耗水；水资源三级区；绿洲格局；耗水结构
黄丘区自然植被对暴雨的拦蓄作用
——以坊塌小流域为例
赵文婷1，姜晓晗1，李萌萌1，焦菊英1,2，严晰芹2，祁泓锟1
（1. 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；2. 中国科学院水利部水土保持研究所，陕西 杨凌 712100）
摘要：植被对暴雨的拦蓄是调控全球变暖进程中频发的雨洪灾害的重要手段。为探究黄丘区大规模退耕后自然植被坡面对暴雨的拦蓄作用，针对陕西省延安市安塞区坊塌小流域2019—2022年全部发生的6场暴雨事件，使用土壤水分自动监测系统对1个灌丛和3个草本群落坡面10m土层进行逐小时监测。分析结果表明：暴雨对草本群落最大补给深度可达5000px，但对灌丛群落仅为2500px；灌丛的拦蓄效果优于草本群落，草本群落的拦蓄效果随退耕年限增长而提高；自然灌草植被坡面对低雨量短历时暴雨的拦蓄率可达60.8%，而对高雨量长历时暴雨仅可拦蓄40.8%。因此，建议在黄丘区合理保护和布局灌-草生态系统，以提升植被-土壤对暴雨的容蓄减灾作用。
关键词：暴雨事件；灌草植被；拦蓄作用；土壤入渗；黄丘区
基于改进SPH模型的溃坝洪水演进模拟方法
李同春1，贾玉彤1，李宏恩2,3，郑 斌1，周 宁2,3，齐慧君1
（1. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029）
摘要：溃坝洪水演进模拟的准确性是制约水库洪水预演有效性的关键。基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）方法提出了适用于溃坝洪水演进分析的数值模拟方法。通过设置溃口粒子与粒子库，基于黎曼不变量对SPH粒子状态进行修正，构建施加边界条件的改进SPH溃坝洪水演进模型，将SPH 瞬时全溃整体模型转换为考虑溃口水流变化的入流边界模型，实现SPH方法与溃口计算模型的耦合。以Malpasset溃坝事件为例，检验了该模型计算溃坝洪水的精度，结果表明该模型精度相对较高，与实测值吻合较好；应用该模型模拟了某水库溃坝洪水演进预演过程，评估其对下游输水干渠及交叉建筑物排水倒虹吸的洪水冲击风险，结果表明在上游水库遭遇超标准洪水漫顶溃坝工况下，洪水演进至排水倒虹吸处的最大洪水位未超过校核洪水位。改进SPH模型精度高，可靠性强，与溃口计算模型耦合性好，可作为溃坝洪水演进模拟的通用手段之一。
关键词：溃坝洪水演进；SPH；黎曼不变量；溃口边界
考虑溃坝后果的水库工程等级划分方法
李宗坤1,2，王 特1,2，葛 巍1,3，景来红3，崔秋晶1,2，焦余铁1,2
（1. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州 450001；2. 郑州大学黄河实验室，河南 郑州 450001；3. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003）
摘要：针对中国现行水利水电工程等级划分标准对水库大坝失事后果考虑不充分的问题，在现行标准的基础上引入了“溃坝后果”指标，构建了考虑溃坝后果的水库工程等级划分体系。通过比较国内外水库大坝分类和工程等级划分方法，对水库工程等级划分指标进行了分析和论证。基于中国水库大坝社会风险标准和大坝安全标准，建立了“工程等级-失效概率-溃坝损失”之间的联系，拟定了不同工程等级所允许的生命损失和经济损失阈值。最后,提出了基于规模、效益和溃坝后果的水库工程等级划分标准，并阐述了在水库运行阶段进行工程等级复核与风险管控的相关理念和措施。将该方法应用于常庄、尖岗和郭家咀3座水库的等级划分，结果表明3座水库工程等别和洪水标准均应在现有基础上有所提高。研究成果对于补充和完善水利水电工程等级划分标准具有重要意义，并可进一步推动风险管理理念及技术在水库工程中的实际应用。
关键词：水库大坝；工程等级；风险管理；溃坝损失；死亡率
基于遥感数据的山区河流测深反演方法与应用
吴剑平1，杜洪波1，李文杰1，万 宇1，肖 毅2，杨胜发2
（1. 重庆交通大学长江上游航道生态重庆市野外科学观测研究站，重庆 400074；2. 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074）
摘要：河流测深是河流研究中的重要基础数据，但受地形交通条件限制山区河流测深数据匮乏，遥感监测技术为测深反演提供了新途径。本文基于河道概化断面推导水位—河宽理论关系，结合Hydroweb数据集和Sentinel-1影像提出河流测深反演方法，分析暴露水平、河段平均长度、遥感观测误差因素对反演精度的影响，应用于长江上游,以验证该方法模拟河流流量的潜力。研究结果表明：①河床高程估算误差为4.00~4.06m，估算断面占实际断面面积达73.69%~80.29%，反演效果相对较好。②暴露水平是影响反演精度的主要因素，与反演精度呈正相关关系；选择合适的河段平均长度可改善反演效果，建议长江上游选取10km；相较河宽，反演精度对水位遥感观测误差更为敏感。③采用该方法估算河流流量效果较好，纳什效率系数达0.92，具备推广应用潜力。研究成果可为无（缺）资料区河流测深监测提供新的解决思路。
关键词：河流测深；多源遥感；水位—河宽关系；流量估算；长江上游
考虑湖泊互济互调运行的江苏省南水北调工程优化调度
方国华1，钟华昱1，闻 昕1，李智超1，罗煜宁2
（1. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学水文与水资源学院，江苏 南京 210098）
摘要：为进一步提升江苏省南水北调工程的综合运行效益，在湖泊单向运行方式基础上，提出了湖泊互济互调运行方式，以受水区综合缺水率最小和泵站总能耗最小为优化目标，构建了2种湖泊运行方式下“湖泊-闸泵群”联合优化调度模型，并基于9种湖泊来水情景全面分析了湖泊互济互调运行方式的有效性。结果表明：相较于湖泊单向运行方式，在受水区综合缺水率相同时，湖泊互济互调运行方式有效减少了泵站抽水总能耗；湖泊互济互调运行方式提升了骆马湖水资源调配能力和水资源利用效率，在骆马湖丰水年而洪泽湖丰水、平水、枯水年情景下，骆马湖水资源利用量分别提高了28.6%、36.1%和30.0%，弃水量分别下降了47.2%、42.4%和65.9%；湖泊互济互调运行方式有效减少了洪泽湖和骆马湖区间泵站的抽水量，通过充分利用沿线湖泊的调蓄能力，保障了两湖水位的安全合理运行。研究成果可为江苏省南水北调工程科学调度运行提供决策参考。
关键词：跨流域调水；梯级泵站群；水资源调度；互济互调；南水北调工程
潮上带盐沼地层盐分分布及形成机制
詹泸成，梁嘉颖，何晓冬
（河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098）
摘要：为了探究潮上带盐沼系统地层盐分分布规律及其形成机制，本研究以江苏盐城近岸盐沼湿地为例，采用电阻率测量和土壤样品分析的方法，得出土壤孔隙水盐度空间分布，并分析其与生态地貌类型的关系。结果表明,盐沼平台10m深度以下地下水盐分较高且空间分布均匀，5m深度以上浅层孔隙水存在显著淡化，其程度与条带状生态地貌特征相关；近潮沟区域浅层土壤孔隙水盐度接近海水，而螃蟹孔洞和互花米草区域下方地层均存在低盐区，且前者规模更大；短期潮汐过程仅影响近潮沟区域的局部地层盐分，螃蟹孔洞明显促进了降水的下渗和脱盐作用，并有助于地表蒸发和盐分集结，增大了浅层土壤水盐度的垂向差异，而植被生长引起的根系优势流和蒸发抑制作用，有效降低了表层土壤的盐度水平。
关键词：盐沼；电阻率；盐度；潮汐；螃蟹孔洞；互花米草
水利工程卫星遥感监测技术应用与展望
李子阳1,2，戴济群1，黄 对1，张 文3，李涵曼1,2，王 喆3，康 芮4
（1. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029；2. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029；3. 武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430072；4. 航天宏图信息技术股份有限公司，北京 100195）
摘要：卫星遥感监测在弥补地面测点不足、全面感知水利工程态势变化及风险源识别方面具有优势。总结分析了光学遥感、雷达遥感监测技术特点及在水利工程中的应用现状，指出遥感影像分类识别、合成孔径雷达干涉形变测量技术在工程应用中尚存在准确度和精度不高、未与工程风险评估深度融合等问题；面向水利工程建设与运行管理的应用需求，从在建工程施工进度监督、在运工程形变精准监测及风险源识别预警等3个典型应用场景，探讨了水利工程卫星遥感监测技术的业务化应用路径，剖析了尚存在遥感监测定量化及时空分辨率不足、“天-空-地”多尺度协同监测不够的技术瓶颈，展望了水利工程遥感监测技术应用的发展方向。
关键词：卫星遥感监测；水利工程；光学遥感；雷达遥感；多尺度协同监测
青藏高原水资源现状与问题
王 欣1,2，连文皓1，魏俊锋1，张 勇1，殷永胜1，王 琼1，张法刚1
（1. 湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院，湖南 湘潭 411201；2. 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃 兰州 730000）
摘要：青藏高原拥有全球海拔最高、数量最多的高原湖泊群，是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域，也是全球中纬度面积最大的多年冻土分布区。掌握青藏高原水资源的变化特征及趋势，对青藏高原生态安全屏障建设至关重要。本文基于文献资料，系统梳理总结青藏高原水资源结构特征、变化及问题。自20世纪80年代以来，青藏高原水资源表现出冰川退缩、积雪减少、湖泊扩张、径流变化加大、湿地退化、冻土退化等特征，总体呈现出地表固态水资源向液态水资源加快转换的趋势；这种转换趋势导致水资源不平衡性的加剧，并增大了水灾害发生的风险，给水资源安全带来了新的挑战。当前需要加强对青藏高原水资源变化监测，开展青藏高原地区水资源现状与演变的系统调查研究，提高不同情景下青藏高原水资源可利用性的综合模拟能力，系统评估青藏高原水资源的不平衡性和安全性。
关键词：水资源；地表水；地下水；青藏高原
