《水科学进展》2026年第2期摘要

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日期：2026-03-24 14:51 点击数：

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变化环境下中国洪涝灾害新特征及科技需求

张建云¹^，²^，³，贺瑞敏¹^，²，金君良¹^，²^，³，谢康¹^，²，胡庆芳¹^，²^，³

（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）

摘要：受特殊地理与季风气候影响，中国洪涝灾害频发，是世界上洪涝灾害最严重的国家之一，防洪减灾是长期且艰巨的任务。从历史重大洪涝事件到近年极端暴雨洪水，洪涝灾害始终威胁着人民生命财产安全与社会经济发展。经过数十年治理，中国已建成世界规模最大的防洪工程体系，“四预”能力与数字孪生水利建设持续提升，防洪减灾成效显著，因洪涝死亡人数和直接经济损失占GDP比例均呈稳步下降趋势。然而，在全球气候变化与人类活动双重驱动下，中国洪涝灾害呈现出新特征：气候变暖速率高于全球平均，极端暴雨尤其是短历时强降雨趋多趋强，降雨空间分布北移；海平面波动性上升加剧沿海地区防洪压力；下垫面改变导致水文过程非平稳性增强；城市洪涝、台风“北漂”及中小河流灾害成为防御重点，脆弱地区风险进一步增加。为应对变化环境下的洪涝新挑战，需以“两个坚持、三个转变”理念为指导，推动防洪减灾科技创新，构建“天空地”一体化雨水情监测体系，融合AI与大数据技术提升监测预警精度；推动洪水预报方法在模型结构、数据基础、业务内涵、预报方式、参数确定、技术范式及不确定性表达等方面的创新与转变，从集总式到分布式模型、单一源到多源数据融合、确定性到概率性预报等，通过数字孪生流域实现全流域状态感知与智能推演，支撑防汛减灾向风险决策升级，全面提升洪涝灾害防御能力。

关键词：洪涝灾害；变化环境；洪涝新特征；预报方法

基于能量解析的山洪灾害应对新范式及关键问题

张鑫¹^，²，严登华¹^，²，秦天玲¹^，²，李晨昊¹^，²，王子兴¹，张秀岩¹

（1. 中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；2. 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心（水旱灾害防御中心），北京 100038）

摘要：针对基于“雨量—流量”响应关系的传统山洪预报预警体系存在的滞后性和经济壁垒问题，本文旨在从能量演化视角建立山洪灾害早期识别的新途径，将研究视角从灾害“表象”转向其能量“内核”，系统解析山洪灾害“初期势能储备—高位势能向动能初始转化—地表势能积蓄与动能汇集”的全过程演化机制。为突破“等雨而警、等雨异洪”的传统模式局限，本文明确山洪成灾过程中能量表征指标内涵界定和能量状态量化映射2个关键科学问题、山洪灾害能量演化过程观测体系和区域高分辨率连续能量场构建2项主要技术瓶颈。研究成果以期为实现山洪灾害防御从“被动响应”向“主动防御”转变提供理论基础和技术路径。

关键词：山洪灾害应对；能量演变过程；早期信号识别

基于事件过程的珠江流域极端小时降水变化特征

宋晓猛¹^，²，韦金江¹，张建云²^，³

（1. 中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116；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；3. 水利部应对气候变化研究中心，江苏南京 210029）

摘要：全球变暖背景下极端降水事件频发，对生态环境和人类社会构成严峻挑战，深入理解其变化特征对防洪减灾具有重要意义。本文利用多源数据融合的逐小时降水数据集，基于事件过程的极端小时降水（Event-based Extreme Hourly Precipitation，EEHP）分析框架，探讨珠江流域2000—2023年EEHP的时空变化特征，重点分析主导时间分布模式、历时-强度组合模式及其空间分布格局。结果表明：①EEHP总频次呈上升趋势，然而平均降水量和持续时间普遍呈下降趋势，年内高发期集中于5—6月，且日内降水主峰值多发于上午07：00—08：00和下午16：00 2个时段。②EEHP的各项指标具有相似的空间分布格局，总体为“西低东高”的分布特征。③前峰型时间分布模式为珠江流域EEHP的主导类型（占比87.4%），主要分布于流域西部的云贵-广西、东部的广东-福建及两广沿海地区，在春夏季最为活跃。④长历时-低强度EEHP是珠江流域事件占比最高的类型，低强度事件的空间分布呈“西北低、东南高”的格局，高强度事件的空间分布则相对均匀；不同组合类型的EEHP 事件平均强度与平均历时呈现明显的逆向关系，平均历时随着平均强度增加而显著减小。

关键词：极端小时降水；时间分布模式；季节性主导；历时-强度类型

青藏高原拉萨河流域径流组成及驱动因素

谷黄河¹^，²，焦雅迪²，王晓燕²，鞠琴¹^，²，江鹏¹^，²，余钟波¹^，²

（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏南京 210098；2. 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098）

摘要：青藏高原冰冻圈快速变化正在重塑高寒流域水循环过程。以拉萨河流域为例，本文基于气象水文站点、冰川编目及积雪遥感等多源数据，采用VIC-glacier模型重建并解析拉萨河流域1975—2016年降雨、融雪与融冰径流过程。结果表明：模型在拉萨、唐加、旁多和羊八井4个水文站的日径流模拟效果良好（纳什效率系数均大于0.70，相对误差均小于10%），并能合理再现流域冰川退缩与积雪季节变化；下游拉萨站多年平均径流以降雨径流为主（占比为75.8%），融雪和融冰径流分别占22.2%和2.0%；上游羊八井站融冰径流的贡献达41.8%；研究期内融雪径流显著下降（−0.693 mm/a），融冰径流持续上升（0.047 mm/a），降水是径流年际波动的首要影响因子，而气温通过调控融水过程重塑径流组成并呈现显著的季节性差异。本研究可为流域水资源变化评估与适应性管理提供依据。

关键词：径流成分；VIC-glacier模型；冰雪融水；气候变化；拉萨河流域；青藏高原

长江与黄河流域复合型水文干旱-热浪事件空间分布特征及成因分析

杨瑀露，陈杰

（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：全球气候变化背景下，高温与干旱等极端事件日趋频繁且复合发生。为提高对复合事件发生规律和形成机制的认识，研究采用分布式水文模型模拟长江与黄河流域历史时段（1971—2020年）径流序列，计算标准化径流指数识别水文干旱；利用阈值法识别热浪事件，构造复合型水文干旱-热浪指数，从历时、频次和烈度3个维度分析复合事件的空间分布特征，并从水汽收支、陆气能量传递、环流异常等角度揭示复合事件的成因。结果表明：两流域水文干旱历时2～6个月，每年发生0.1～3次，烈度为0.1～8；热浪历时4～6 d，每年发生1.6～2.6次，烈度为6～12；复合事件历时4～7 d，频次约每年0.1～1.5 次，烈度为6～14；复合事件发生前期由非绝热加热主导热量积累，中后期温度平流与绝热加热的负反馈效应显著增强；事件期间，两流域长短波辐射异常增加，陆气反馈增强；同时，南亚高压与西太副高偏强，降水减少、水汽输送受阻，黄河与长江流域径流分别减少7.0%与8.6%。水汽收支失衡及陆-气反馈增强是复合事件形成的核心机制。

关键词：水文干旱；热浪；复合型极端事件；成因分析；长江流域；黄河流域

强人类活动下流域水网演变及其供水功能影响

刘雨桐¹，李发文¹，韩臻悦¹，史书汇¹，赵勇²

（1. 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 300072；2. 中国水利水电科学研究院，北京 100038）

摘要：为了揭示强人类活动对跨流域大尺度水网的重塑机制，本文针对南水北调中线受水区，构建“形态-结构-功能”综合评价体系，基于“点（水库调节）-线（河网输配）”分析框架，系统解析1960—2020年水网演变规律，量化评估供水潜力。结果表明：水网建设经历了集中建设期、平台期及南水北调主导期3个阶段；期间，水网形态复杂度与拓扑连通性显著提升，供水功能实现了从“形态扩张与本地调节”向“结构优化与跨流域嵌入”的范式转变。研究证实，现代骨干水网工程通过精准的结构重塑有效突破了形态瓶颈，为大尺度水网优化布局提供了关键理论依据。

关键词：水网工程；结构演变；水网功能；供水功能；南水北调中线工程

基于离散微分动态规划和机器学习的水库群调度

关铁生¹^，²，尹鑫¹，罗涛³，冯仲恺³，张海滨¹，马昱斐¹

（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. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012；3. 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098）

摘要：针对传统离散微分动态规划（DDDP）应用于水库群调度时存在的“维数灾”与计算效率瓶颈，本文提出一种基于机器学习改进的DDDP（IDDDP）方法。该方法采用基于注意力机制的双向长短期记忆网络，建立“入库流量-时段初末水位”与水库出力之间的直接映射关系，以替代传统递推计算，从而大幅降低计算负担。以乌江流域梯级水库群为例，通过设置不同离散精度与系统规模，开展发电调度与电网调峰2类情景的对比试验。结果表明：IDDDP在发电量、负荷率等关键调度指标上与DDDP结果高度一致，相对偏差均控制在工程允许范围内，计算耗时降低1～2个数量级；在丰、枯典型水文年型下亦保持稳定性能。该方法在保证精度的同时显著提升了计算效率，为大规模水库群优化调度提供了可靠且高效的新途径。

关键词：水库群调度；维数灾；双向长短期记忆网络；离散微分动态规划

无资料库区入库洪水预报的多尺度嵌套TOKASIDE模型

盛奕华¹^，²，李致家³，刘志雨⁴，徐宁⁵

（1. 河海大学环境学院，江苏南京 210098；2. 江苏省水利科学研究院，江苏南京 210017；3. 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098；4. 水利部水文司，北京 100053；5. 水利部海委漳卫南运河管理局，山东德州 253041）

摘要：针对入库站以下无资料库区洪水预报因干支流面积悬殊引起的尺度效应与计算精度难题，提出一种基于TOKASIDE模型的空间多尺度嵌套预报方法，在岳城水库库区验证应用。通过解析有资料流域模型模拟的尺度效应，基于分形与地貌学理论建立参数跨尺度转换关系，构建一套TOKASIDE模型空间多尺度嵌套模拟架构。结果表明：①尺度效应方面模型模拟流量在100～500m区间随分辨率降低而减小，在600～2 000 m区间则增大；②对地表与河道糙率参数尺度转换能降低不同分辨率模型间的系统性偏差；③岳城水库库区的应用表明，多尺度方案对2场历史洪水的模拟纳什效率系数均超过0.7，且洪峰误差较单一分辨率模拟显著降低约27%。本文提出的研究方法可解决无资料库区参数确定与尺度效应的问题，有效提升无资料库区洪水预报的精度与可靠性，可为水库防洪调度提供技术支撑。

关键词：洪水预报；无资料库区；入库洪水；TOKASIDE模型；尺度效应；多尺度嵌套模拟

基于REW模型的半湿润半干旱地区水文模拟与产流机制分析

许钦¹^，²，袁肖琦¹，林晓清³，金晨⁴，陈星⁵，蔡晶¹^，⁶，周宏¹

（1. 南京水利科学研究院，江苏南京 210029；2. 水灾害防御全国重点实验室，江苏南京 210098；3. 闽清县水利局，福建福州 350800；4. 长江保护与绿色发展研究院，江苏南京 210098；5. 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098；6. 皖江工学院水利工程学院，安徽马鞍山 243031）

摘要：为深入理解半湿润半干旱过渡区产流机制差异，提升洪水预报精度，本研究基于物理机制代表性单元流域（REW）模型选取阳泉（半湿润）和岔巴沟（半干旱）流域开展洪水模拟，通过分析模型直接输出的饱和与非饱和产流组分动态，定量识别产流模式及其主导因素。结果表明：①阳泉流域模拟精度较高（率定期和验证期纳什效率系数（E_NS）均为0.73），产流模式为饱和与非饱和机制并存的“混合产流”及以非饱和产流为主的“单一产流”。②岔巴沟流域模拟精度偏低（E_NS分别为0.68和0.51），产流高度依赖雨强，表现为非饱和主导的“单一产流”。③半湿润区产流受土壤湿度与降雨共同调控，机制动态转换；半干旱区则主要由雨强控制，机制单一稳定。研究表明，REW模型能够有效表征不同流域产流过程及其动态转换，适用于不同产流机制流域，可为深入理解半湿润半干旱过渡区洪水形成机理及物理机制水文模型的精细化应用提供参考。

关键词：代表性单元流域（REW）模型；水文模拟；产流机制；径流组成；半湿润流域；半干旱流域

耦合多模型后验分布的径流集合概率预报

崔震¹，郭生练²，胡彩虹¹，尹家波²，许银山³，张潇³

（1. 郑州大学水利与交通学院，河南郑州 450001；2. 武汉大学水利水电学院，湖北武汉 430072；3. 长江水利委员会水文局，湖北武汉 430010）

摘要：单一径流模型概率预报受原始预报精度的影响较大，传统集合预报未考虑初始水文状态约束。通过将多模型的水文不确定性处理器（CHUP）预报分布耦合至贝叶斯模型平均（BMA）中，提出耦合多模型预报分布和初始水文状态约束的CHUP-BMA集合概率预报方法，在三峡区间流域构建基于双重注意力的深度学习、极限梯度提升及预报业务的洪水预报业务3种入库预报模型，开展径流集合概率预报研究。结果表明：当单一模型原始径流预报精度较低时，CHUP法的校正效果不佳；CHUP-BMA法可有效校正预报误差，其平均绝对误差相对最佳成员平均降低7%，同时可在维持或改善置信区间覆盖率的前提下，减小区间宽度，获得优良的预报性能。研究成果可为三峡防洪调度决策提供有效的风险信息。

关键词：集合概率预报；径流预报；多模型；后验分布；初始水文状态；机器学习

太湖流域源头区嵌套式实验流域径流成分解析

李文强¹^，²，勾建峰³，杨海⁴，顾卫明⁵，沈旭辉²，韩小乐²，刘金涛¹^，²

（1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏南京 210098；2. 河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098；3. 淮阴工学院建筑工程学院，江苏淮安 223003；4. 中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016；5. 浙江省水文管理中心，浙江杭州 310009）

摘要：径流成分组成反映了流域水文系统的基本功能和特性，对产流过程及其组分认识的不足制约了产流理论的发展。为加深对湿润山区产流过程及其径流成分组成的认识，基于太湖流域源头区嵌套式实验观测系统，采用水文原位观测、同位素地球化学示踪，并结合数字滤波法，揭示湿润山区径流组成特征及其对降水的响应机制。结果表明：径流场原位观测显示地表径流在丰、枯水年占比均超过50%，而同位素示踪结果显示快速径流占比低于50%，表明研究区坡陡土薄、易于发生饱和地表径流与壤中流出露的产流特性，使地表径流中含有大量老龄水成分；嵌套系统各级流域面积均较小，河道及其谷地对径流的滞蓄作用有限，故而径流特征未表现出尺度效应；流域年降水量每增加1个单位，直接径流（地表径流+壤中流）深与基流深分别增加0.68和0.23个单位，汛期降水集中会降低基流指数。研究表明，基于多种方法剖析湿润区实验流域的径流成分组成可为流域产流机理研究与径流预测等提供依据。

关键词：径流成分；产流特性；基流分割；壤中流；嵌套流域

基于一维-二维耦合的城市非点源污染高分辨率数值模型

栾广学¹，侯精明²，王富强¹，张晓雷¹，王添²，刘立军²

（1. 华北水利水电大学水利学院，河南郑州 450046；2. 西安理工大学旱区水工程生态环境全国重点实验室，陕西西安 710048）

摘要：为揭示城市非点源污染物在降雨过程中的累积-冲刷-输移机制，本文构建耦合二维地表与一维管网的高分辨率数值模型。该模型将幂函数累积公式与冲刷公式嵌入自主研发的二维水动力模型中，并通过动态链接库（DLL）技术实现地表与管网的双向动态耦合，其中二维模型采用GPU 并行提升计算效率。以某校园为例，结合屋顶物理试验与多场次实测数据对模型进行验证。结果表明，模型能够高分辨率模拟小流域尺度总悬浮固体（TSS）的累积、冲刷及输移过程，屋顶径流TSS质量浓度与管网节点的水位及TSS质量浓度模拟纳什效率系数均高于0.7。本模型从机理上完整刻画了TSS“产生—汇流—输移—排放”的全过程动态，可为城市非点源污染机理研究与靶向治理提供技术支撑。

关键词：非点源污染；累积-冲刷；高分辨率模拟；GPU加速技术；一维-二维耦合

虚拟水池网-SWMM耦合的城市洪涝高效模拟方法

黄源¹^，²，周俊¹，郑飞飞³，熊俊熠¹，张钊¹

（1. 河海大学水利水电学院，江苏南京 210098；2. 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室，江苏南京 210098；3. 浙江大学建筑工程学院，浙江杭州 310058）

摘要：针对城市洪涝模拟中计算效率与模拟精度难以兼顾的问题，提出一种基于虚拟水池网与SWMM耦合的新方法（StoSWMM）。该方法在SWMM框架内以子汇水区为单位构建虚拟水池网络，利用堰结构实现地表及地表-管网之间的双向水量交换，并基于虚拟水池水位与DEM高程差快速推算地表积水水深，实现洪涝全过程模拟。以河海大学江宁校区为研究区，将StoSWMM与二维水动力模型（2DHM）及基于检查井溢流的耦合水文水动力模型（CHHM）进行对比分析。结果显示，在本研究区与设定降雨情景下，StoSWMM在地表淹没范围、最大积水深度及积水演变过程的整体刻画方面与2DHM表现出较好的一致性；在最大水深超过0.3 m的区域，其空间相关系数为0.86～0.93，而CHHM为0.07～0.30，体现了不同模型在地表积水刻画机制和空间概化方式上的差异。在同等硬件条件下，StoSWMM可实现秒级运算，耗时约为CHHM的1/40、2DHM 的1/300。该方法完全依托开源SWMM平台，在保持物理一致性的同时具备较高的计算效率，可为城市洪涝快速模拟与情景分析提供轻量化建模途径。

关键词：洪涝模拟；城市洪涝模型；SWMM；虚拟水池网；计算效率

三峡库区水沙异步驱动机制

李昕¹^，²，刘亚²，张为¹，彭馨雨¹

（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. 水利部长江重点实验室，湖北武汉 430010）

摘要：洪水期水沙异步是影响三峡水库淤积分布与排沙调度优化的关键过程，但其主控因子时空演变规律及核心驱动机制尚不清晰。基于2003—2020年三峡水库主要水文站实测资料，采用Spearman相关分析、随机森林模型与半理论半经验推导方法，解析三峡库区水沙异步调整的驱动机制。研究表明：从库尾清溪场站至坝前庙河站，入库异步的影响沿程减弱，而洪峰流量等水动力因子和坝前水位边界条件的作用逐渐增强；金沙江下游梯级水库群蓄水后，入库异步对库区中上游的控制作用减弱，库区水动力和坝前水位的影响在近坝段增强；沙峰含沙量并非直接驱动因子，而是通过影响沙峰传播完整性间接发挥作用；从运动学机制上，库区水沙异步沿程变化源于“洪峰沙峰传输速度差”与“入库异步的持续影响”双核驱动，基于此构建的水沙异步时长经验关系，在入库沙峰含沙量大于2kg/m³情景下，能合理重现沿程水沙异步变化规律（坝前庙河站拟合决定系数为0.74），在一定程度上验证了双核驱动机制的合理性。本研究深化了对大型水库水沙异步输移规律及驱动机制的认知，可为三峡水库沙峰排沙调度优化提供科学支撑。

关键词：水沙异步；场次洪水；驱动机制；三峡水库

黄河中游粗沙分选分离工程

周建军，冯昶，张曼

（清华大学水利水电工程系，北京 100084）

摘要：为保障黄河下游长远安全，本文基于不均匀泥沙在河道型水库中的分选机制，提出调整原规划禹门口梯级工程的定位，利用水库有利条件采取“分选放淤”为主的方式，通过库区分选、固定段持续疏浚和坝下灌渠分选持续减少进入下游的粗沙。采用沉积负荷替代业界长期采用的拦沙量评价减淤效益，表明本措施可高效分选分离粗沙，平稳有序扩大放淤量并可修复三门峡库尾低洼滩区，将0.1mm以上的粗沙精选用作建材可长期消化粗沙，在未来每年12.4亿t的来沙情景下，持续疏浚6 000万t/a可降低三门峡入库或下游沉积负荷10.6%和冲淤平衡坡降10.0%，对维护三门峡等重要水库长远防洪库容、降低下游河道淤积抬高潜力和节约输沙用水都具有可观作用。

关键词：粗沙；减淤；分选分离工程；黄河中游

干旱区条带型植被形成的水分驱动机制与阈值

李星¹^，²，汪勇¹^，²，赵勇¹^，²，何凡¹^，²，翟家齐¹^，²，李树³，陈敏建¹

（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；2. 流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；3. 内蒙古通辽市水利事业发展中心，内蒙古通辽 028000）

摘要：揭示干旱区条带型植被形成的水分驱动机制及其降水阈值效应，对指导干旱区生态恢复与科学绿化具有重要意义。本文以石羊河流域和准噶尔盆地内流区为对比研究区，构建归一化植被指数（NDVI）与降水、地形因子的定量模型，揭示水分对植被格局的调控机制。结果表明：①植被分布受降水与地形协同调控，与降水量呈正相关，与高程和坡度均呈负相关，但存在区域差异。在石羊河流域，NDVI在水平方向受高程和坡度影响，垂直方向主要受降水量控制；在准噶尔盆地，NDVI在水平方向受降水量、高程和坡度的综合调控。②石羊河流域和准噶尔盆地条带型植被生长的关键年降水量下限阈值分别为150 mm和110 mm。研究揭示的条带型植被受降水与地形因子协同调控机制可为干旱区生态修复提供依据。

关键词：水分驱动；条带型植被；归一化植被指数；降水阈值效应；干旱区