再论新安江模型蓄水容量的物理意义——从土壤物理水文到生态系统水文

高红凯1，刘金涛2，张  珂2，邵  伟3，夏  军4

（1. 华东师范大学地理科学学院，上海  200241；2. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京  210098；3. 南京信息工程大学水文与水资源工程学院，江苏 南京  210044；4. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉  430072）

摘要：新安江模型广泛应用于流域降雨径流模拟和水文预报，蓄水容量的概念是该模型产流计算的核心，定义为流域蓄水容量或土壤张力水蓄水容量，往往由降雨-径流数据率定得到，但在缺资料区和变化环境下的应用严重受限。随着全球海量水文数据集的公开获取以及多尺度水文机理的深入认识，尤其是生态水文的最新进展，本文通过理论分析和多源独立数据验证，再论新安江模型蓄水容量的物理意义。研究认为：在新安江模型适用的有植被覆盖的湿润流域，蓄水容量应定义为陆地生态系统的根区蓄水容量；在应用中，可根据生态系统通量观测、遥感反演的蒸发、大气陆面再分析资料等精确推求；采用新方法得到的根区蓄水容量，显著提升了缺资料区的径流模拟效果，且根区蓄水容量随着气候变化和人类活动而动态响应。从土壤物理水文到生态系统水文研究视角的转变，有助于从机理上厘清流域基本的产流过程，推动流域水文模拟理论的发展，提高缺资料区和变化环境下的水文模拟能力。

关键词：新安江模型；流域水文模拟；生态水文；土壤物理水文；张力水蓄水容量；根区蓄水容量

流域水资源系统复杂网络特征及韧性驱动机理

王  煜1，2，万  芳3，4，王威浩5，6，韩文浩3，郑小康1，张  迪1，吕  鸿1

（1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州  450003；2. 水利部黄河水利委员会，河南 郑州  450003；3. 华北水利水电大学水资源学院，河南 郑州  450046；4. 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；5. 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  100038；6. 水利部京津冀水安全保障重点实验室，北京  100038）

摘要：面向水旱灾害风险管控的需求，为揭示水资源系统复杂网络特征及韧性驱动机理，本文基于水资源系统复杂网络，构建“气象-水文-社会经济-生态-工程”五维水资源系统韧性评价指标体系。以汾河流域为研究对象，通过建立子系统因果关系网络厘清要素逻辑关联，综合运用耦合度模型与地理探测器方法，定量解析系统间交互作用强度及韧性驱动机理。研究结果表明：①水资源系统具有明显的复杂网络特征，各子系统间都存在较高强度的耦合关系，其中气象子系统和水文子系统之间的耦合度最高（0.933）；②2010—2022年，年降水量、地表水资源量、城镇化水平、森林覆盖率、人均供水量等因素是汾河流域水资源系统韧性的主导驱动力，其中年降水量驱动力最强（0.812）；③不同驱动因素交互作用的影响力均大于单因素单独作用时的影响力，各影响因素之间交互作用日趋复杂，多因素共同作用趋势凸显。探索水资源系统复杂网络特征和揭示水资源系统韧性的驱动机理，对于减少灾害风险、优化水资源配置时空格局、支撑流域高质量发展具有重要意义。

关键词：水资源系统；韧性驱动机理；复杂网络；汾河流域

基于可微参数学习的积融雪新安江模型

陈泽鑫1，2，赵铜铁钢1，2

（1. 中山大学水资源与环境研究中心，广东 广州  510275；2. 水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室，广东 广州  510611）

摘要：新安江模型是最为重要的水文模型之一。通过添加CemaNeige模块，本文构建基于可微参数学习的积融雪新安江模型。应用长短时记忆神经网络通过前向传播挖掘流域属性和气象数据与模型参数之间的关系，将参数传递给积融雪新安江模型，进而通过后向传播计算误差优化网络参数，面向Catchment Attributes and Meteorology for Large-sample Studies（CAMELS）数据集的531个流域，构建4组模型形成对比试验。研究结果表明：CemaNeige模块提升了新安江模型径流模拟性能，Kling-Gupta efficiency（EKG）中位数从0.58提升至0.68；对于单一流域模拟，可微参数学习使得EKG中位数提升至0.70；对于多流域整体模拟，可微参数学习进一步使得EKG中位数提升至0.72。上述改进既源于考虑积融雪过程，又源于可微参数学习的有效性，还源于流域之间的协同效应。整体上，可微参数学习能够有效地促进积融雪新安江模型的构建和应用。

关键词：水文模拟；新安江模型；机器学习；协同效应；长短时记忆神经网络

基于物理机制耦合深度学习的黄河干流流量演进模拟

罗  赟1，2，张翔宇1，3，董增川3，李强坤1，2，左其亭4，韩金旭1，2，周康军5

（1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州  450003；2. 河南省黄河流域生态保护与修复重点实验室，河南 郑州  450003；3. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京  210098；4. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州  450001；5. 黄河水利委员会水资源管理局，河南 郑州  450003）

摘要：河道流量演进模拟是黄河流域水量统一调度的关键环节，亟需提出一种高精度、低延时、考虑人工侧支取退水过程的黄河干流流量演进模拟模型，以满足从水源到用户的精准精细调度需求。在解析黄河不平衡水量空间分布规律的基础上，通过卷积神经网络-长短期记忆网络（CNN-LSTM）深度学习算法构建黄河干流各河段流量演进模型，并采用重组复合形演化算法（SCE-UA）进行全局优化调参，同时将龙羊峡水库“蓄丰补枯”的物理机制嵌入至CNNLSTM模型中进行串联耦合模拟。研究结果表明：黄河干流不平衡水量在空间上表现为中游河段＞下游河段＞上游河段的整体趋势性规律，但相邻子区间的单位河段长度不平衡水量并不存在显著关联性；水文学方法、CNN-LSTM模型（分段率定）、CNN-LSTM模型（全局率定）、串联耦合模拟的综合评价指标（ER-R-M）均值分别为0.627、0.613、0.774、0.811，黄河上游和下游河段的模拟精度要优于中游河段；基于物理机制引导深度神经网络搭建的方式能够有效约束解集空间，CNN-LSTM模型（全局率定）相较于水文学方法精度提升29.3%。研究结果对黄河水量统一调度具有一定的实践应用价值。

关键词：流量演进；不平衡水量；物理机制；深度学习；黄河干流

青藏高原海拔5 000 m以下雪面雨时空变化

杨志伟1，陈仁升2，王雄师1，刘章文2，刘国华3，冯乐涛1

（1. 甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，甘肃 兰州  730000；2. 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室，甘肃 兰州  730000；3. 衡阳师范学院地理与旅游学院，湖南 衡阳  421000）

摘要：雪面雨（Rain-on-snow）对青藏高原生态水文过程影响显著，研究其时空变化对该地区水资源管理至关重要。本文采用1978—2017年69个站点逐日雪深和气象数据，系统分析了青藏高原海拔5 000 m以下雪面雨时空变化及其驱动机制。结果表明：该地区雪面雨日主要集中在10月、次年3—5月，主要分布在东部、中部和东南部；高强度雪面雨（≥50 mm/d）多出现在3月和10月的东南部、4月和5月的中部以及东北部的祁连山。受降雨日数增加的影响，该地区夏季雪面雨日数以1.2d/（10 a）的速率显著（P<0.01）减少，春季微弱增多；受降雨量增加的影响，该地区夏季雪面雨强度略微减小，春季以6mm/（d·10a）的速率显著（P<0.05）增大。未来全球持续变暖可能加剧该地区冬末春初的雪面雨洪水风险。

关键词：雪面雨日；雪面雨强度；时空变化；驱动机制；青藏高原

考虑序列突变变异的设计潮位不确定性分析

刘智慧1，王  珏2，刘曙光1，3

（1. 同济大学土木工程学院，上海  200092；2. 长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局，上海  200136；3. 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室，上海  200030）

摘要：全球气候变化及人类活动加剧破坏了水文序列的一致性，考虑样本非一致性给水文设计值带来了更多不确定性。本文以长江口感潮河段为例，对代表水文站的潮位序列进行非一致水文频率分析，进一步针对突变变异水文序列，提出基于条件概率分布的非一致性自助抽样（Bootstrap）不确定性计算方法，对设计值的不确定性进行评估。结果表明，受水文序列非一致性的影响，长江口代表站在不同重现期下的设计潮位值有所升高；在准确识别水文序列变异点的基础上，文中方法可以定量评价非一致性水文频率分析结果的参数不确定性；非一致影响下，较低重现期的设计值不确定性增加，且受影响的重现期范围随着突变变异程度的增大而缩小。

关键词：非一致性；条件概率分布；不确定性；潮位；长江口

1997—2023年长江口河床演变及潮汐反馈模拟

唐建华1，李  帆2

（1. 长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉  430010；2. 上海市水务局，上海  200050）

摘要：为探讨强人类活动下长江口河床演变特征及对潮汐的影响、支撑长江口的保护与治理，根据1997—2023年长江口地形资料，结合潮流数学模型情景模拟，研究了长江口陆侧岸线、河床冲淤的变化，以及由此带来的长江口潮汐强度的变化。结果表明：1997—2023年，长江口陆侧岸线外拓造成河道宽度平均减少2 400m、水域面积减少643.79km2、容积增加1.36亿m3、平均水深增加1.34m，呈现“河道缩窄、滩淤槽冲、串沟发育、河槽加深”的特征；受1997—2023年长江口陆侧岸线变化及河床冲淤影响，长江口南支、南槽、北支上段潮汐动力增强，北港、北槽、横沙通道潮汐动力减弱，潮汐动力发生异变。本研究成果可为长江口的保护与治理（如河势控制、海塘达标建设等）提供参考和借鉴。

关键词：河床演变；潮汐反馈；模拟；长江口

乌东德水库分层取水策略及生态响应

戴凌全1，2，王浩宇3，刘  璇1，2，脱友才3，姜  伟1，2，邓  云3

（1. 中国长江三峡集团有限公司长江生态环境工程研究中心，湖北 武汉  430014；2. 长江经济带生态环境国家工程研究中心，湖北 武汉  430014；3. 四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室，四川 成都  610065）

摘要：为探究叠梁门运行对水库下泄水温的改善效果与坝前水温分层条件的响应关系，并评估其对下游鱼类繁殖的生态影响，本研究基于CE-QUAL-W2模型构建了乌东德水库全库区立面二维水温模型，开展了典型分层取水条件下的水温动态模拟研究。结果表明：单层取水方案下，4—5月下泄水温较天然水温降低0～1.3℃；设计方案叠梁门稳定运行期间日均改善幅度为0.2～1.2℃，坝下代表性鱼类长鳍吻鮈繁殖水温适宜性指数占比由单层取水方案下的33.5%增加至65.0%。当水温改善幅度在0.6～1.0℃时，对应的垂向温差及垂向分层强度分别需达6.2～8.3℃和556.9～1 036.8kg/m2，且叠梁门需持续运行至4月上旬。本研究揭示了水温分层强度与叠梁门效果的定量关系，为乌东德等大型水库分层取水调度方案的优化提供了科学依据。

关键词：水温；分层取水；生态调度；CE-QUAL-W2模型；乌东德水库

黄河口湿地水文连通与生物交互作用及其生态修复应用

刘怀湘1，王一平1，2，曾玉红2，左利钦1，陆永军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. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉  430072）

摘要：黄河生态保护和高质量发展国家战略背景下，水文连通与生物交互作用作为维持湿地稳定与生态健康的关键机制，对于高效经济地实现黄河口湿地生态修复至关重要。本文基于国内外研究充分揭示了水文连通对动植物群落分布的影响及生物地貌对水文连通的反馈机制，探讨了退养还滩、生态补水、水系网络构建与再调节等水文连通管理方案的修复机理和效果，在此基础上指出了黄河口生态修复实践中淡水资源缺乏与互花米草入侵等关键约束条件，以及数值模型构建对生态系统演变复现和预测的重要性等。研究成果可为支撑黄河口湿地保护与国家战略实施提供有力的科学依据。

关键词：河口湿地；水文连通；生物群落；相互作用；生物地貌过程；生态修复；黄河口

三峡水库8月份运行水位动态控制研究

陈桂亚1，2，3

（1. 水利部长江水利委员会，湖北 武汉  430010；2. 水利部长江水利委员会水旱灾害防御创新团队，湖北 武汉  430010；3. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉  430010）

摘要：三峡水库运行水位动态控制已有一定基础，8月份动态控制条件仍需进一步深入研究。实施三峡水库8月份运行水位动态控制，能够减轻三峡水库蓄水期对湖区水生态、水环境的影响，也可提升三峡水库的综合效益。本文从城陵矶地区防洪需求及洪水组合效应的角度出发，通过构建不同水情边界条件下的莲花塘水位水动力模拟模型，分析了三峡水库8月份运行水位动态控制幅度及条件。结果表明：①当三峡水库和四水合成来水合计小于51 000m3/s 时，城陵矶地区不会超过警戒水位；②8月1日以后，当实时四水合成来水流量小于15 000m3/s，且莲花塘站水位低于29.5m、预报洞庭湖水系未来一周无中等强度以上降雨过程时，三峡水库动态运行水位可控制在145～155m之间。研究成果可为三峡水库的水资源综合利用提供技术支撑，尤其是可为8月份及之后出现涝旱急转不利条件时贮备抗旱水资源，实现旱涝同防同治。

关键词：水位动态控制；8月份；城陵矶防洪；三峡水库

2013年以来海河流域降水增多成因剖析

王庆明1，2，张  越3，邓皓东1，谭伟丽1，陈  康4，赵  勇1

（1. 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  100038；2. 水利部京津冀水安全保障重点实验室，北京  100048；3. 水利部水利水电规划设计总院，北京  100120；4. 山东省水利勘测设计院有限公司，山东 济南  250013）

摘要：为探究21世纪10年代以来海河流域年降水量增多的原因，基于实测降水、旱涝等级以及再分析资料等多源数据，利用小波分析、水汽平衡、WRF模型（Weather Research and Forecast Model）数值模拟等方法，分析了海河流域降水丰枯周期特征、外来水汽收支变化以及外调水对降水的影响。结果表明：海河流域存在33a的降水周期，最新一轮周期的丰水段从2013年开始，年降水量较上一轮周期枯水段（1997—2012年）增多80.0 mm；2013—2022年较1997—2012年夏季西北通道、东南通道和西南通道水汽输入分别增加0.35、0.29和0.26kg/（m·s），导致年降水量增加76.7mm，占降水增量的95.9%；2015—2022年南水北调中线一期工程输入水量导致流域年降水量增加3.3mm，占降水增量的4.1%。本研究对掌握海河流域降水演变规律、保障流域长期水资源安全具有重要意义。

关键词：降水增多；水汽收支；周期性；外调水；海河流域

基于时空聚类的上海内涝积水时空分布规律

周正正1，2，徐嘉言1，刘曙光1，3，万  晖4，孙  丽4，刘  炎4

（1. 同济大学土木工程学院，上海  200092；2. 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室，上海  200030；3. 同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海  200092；4. 上海市水旱灾害防御技术中心，上海  200050）

摘要：极端暴雨频发和快速城市化背景下，内涝积水是当前城市发展面临的重要挑战。研究基于2013—2023 年上海市积水数据，采用K-means聚类和概率密度分析方法，探讨了内涝积水的季节性、空间分布及典型暴雨积水过程特征。结果表明：①内涝积水季节性显著，夏季高发，与台风暴雨同期性强；②道路积水是最主要的积水类型，空间异质性突出，中心城区为高频发生区，主要受限于排水系统的局限性和调蓄空间不足；③K-means聚类识别的3类积水事件中，高风险区域集中在嘉定与市区的交界处，水深较大；④典型暴雨积水过程呈现“快积快消”特征，且持续时间小于等于10h，建议风险预警时间控制在40min以内。研究成果可为提升城市内涝治理的精细化管理和应急响应能力提供关键支撑。

关键词：城市内涝；K-means聚类；概率密度分析；时空分布；上海

基于淹水面积构建的鄱阳湖水文干旱定量表征及变化特征

叶许春1，岳恩馨1，李相虎2，李传哲3

（1. 西南大学地理科学学院，重庆  400715；2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室，江苏 南京  210008；3. 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  100038）

摘要：研究探讨洪泛湖泊淹水动态的时空异质性特征及其影响下的水文干旱定量表征，对提高洪泛湖泊生态系统管理实践和洪旱灾害防御能力具有重要意义。采用多源遥感数据和图像融合技术构建了鄱阳湖区2000—2023年间连续的高时空分辨率淹水面积数据，揭示了鄱阳湖淹水动态的时空异质性特征；借助标准化降水指数（SPI）原理提出了基于淹水面积的标准化水文干旱指数，并据此分析了鄱阳湖水文干旱的变化特征。结果表明：①鄱阳湖淹水动态时空异质性特征明显，主湖区和碟形湖区淹水面积的年内波动存在差异，在年际变化上呈现出相反趋势；②在定量反映鄱阳湖整体水文干旱时，基于站点的标准化水位指数存在较大的不确定性，相对而言，标准化淹水面积指数具有更好的科学性；③鄱阳湖水文干旱在时空分布上具有一定的复杂性，极端干旱主要发生在年内的4—10月，且更容易发生在主湖区。遥感大数据和图像融合技术结合可实现对大型洪泛湖泊水文干旱的精细定量研究，促进湖泊资源保护利用和洪旱灾害防治等工作的开展。

关键词：水文干旱；淹水面积；洪泛湖泊；数据融合；遥感

未来气候变化下帕隆藏布江流域不同重现期洪水量级的预估

李辰龙1，2，李大洋1，2，王  强1，2，付晓花1，3，杨  龙1，2，田富强4

（1. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京  210023；2. 南京大学关键地球物质循环前沿科学中心，江苏 南京  210023；3. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安  710065；4. 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室，北京  100084）

摘要：青藏高原地区水能资源丰富，开展气候变化背景下不同重现期洪水量级计算可为当地水利工程建设提供科学支撑。以帕隆藏布江流域为研究区，将分布式水文模型VIC-Glacier与可解释机器学习方法相结合，基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）以及冰川未来变化预估结果，推求未来近期（2027—2040年）、中期（2047—2060年）、远期（2087—2100年）在中等强迫（SSP2-4.5）和高强迫（SSP5-8.5）情景下不同重现期的洪水量级。结果表明：帕隆藏布江流域洪水量级及其变化具有显著的空间异质特征；未来气候情景下，冰川覆盖面积减少、降水量增加导致径流组分发生改变；对于有冰川覆盖流域，不同重现期洪水量级未来整体呈现减少趋势，减少幅度为6.46%～32.27%；对于无冰川覆盖流域，不同重现期洪水量级未来整体呈现增加趋势，增加幅度为2.87%～15.52%。

关键词：洪水量级；VIC-Glacier模型；随机森林；CMIP6；帕隆藏布江流域

城市排水系统分布式控制研究进展与展望

罗鑫燃，彭寿海，王殿常，尹  炜，谢家强，陈奕林

（中国长江三峡集团有限公司长江经济带生态环境国家工程研究中心，湖北 武汉  430014）

摘要：随着城市快速发展和对水环境质量要求的不断提高，城市排水系统的组成、功能和运行目标日趋复杂，传统集中式控制系统在安全性和可靠性方面面临挑战，开展分布式控制研究对于提高排水系统的运行韧性具有重要意义。目前分布式控制的适用范围及关键实施步骤尚不明晰，制约了其在城市排水系统运行管理中的实践应用。本研究调研了分布式控制在城市排水系统中的研究进展；总结了城市排水系统分布式控制系统构建的关键步骤及相应方法，重点阐述了主体层控制策略及控制主体间的协调机制，分析了不同方法的优势及局限性；针对城市排水系统分布式控制实践应用面临的挑战，建议加强实时监测及数据共享、提升控制时效性、建设风险管理机制、探索混合控制模式及规模化应用等方面的研究，以提高城市排水系统的运行韧性和智能化水平，增强城市水安全风险防控能力。

关键词：城市排水系统；分布式控制；城市内涝；溢流污染；系统韧性