1470年以来中国东部季风区降水变化规律及趋势预估
刘艳丽1,2，华 悦3,4，周惠成3，叶 磊3，王国庆1,2，金君良1,2，鲍振鑫1,2
（1. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029；2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；3. 大连理工大学水利工程学院，辽宁 大连 116024；4. 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）
摘要：超长系列的降水资料是分析气候变化和预估未来区域水安全形势的重要支撑，但目前观测资料只有几十年时间尺度，利用相关历史文献资料进行系列重建是延长现有观测资料的主要手段。基于《中国近五百年旱涝分布图集》和1959年以来实测降水资料，重建1470—2019年中国东部季风区的长序列降水数据，分析近550 a以来区域降水变化规律，剖析气候自然变异规律和人为气候变化对历史降水的影响，并通过CMIP6中等分辨率气候系统模式下的4种情景降水数据预估未来降水变化趋势。研究表明：① 东部季风区降水年际分布不均，有明显的丰枯变化，1470—1691年整体处于枯水期，1692—1924年处于丰水期，1925年至今处于枯水期，存在准181 a周期；② 1991年后人为气候变化的影响已经显现，海河、黄河下游和长江流域部分降水倾向率发生显著变化，东部季风区总体降水增加趋势加快；③ 在未来气候变化情景下多年平均降水量较基准期（1961—1990年）显著增加，季节性变化加大，区域旱涝风险加剧。由于未来气候情景的不确定性，未来降水趋势预测的可信度尚未可知，需要进一步增强风险分析。
关键词：降水系列重建；变化特征；趋势预估；人为气候变化；气候自然变异；中国东部季风区
1996—2020年长江口九段沙湿地植被覆盖对潮沟演变规律的影响
劳聪聪1，辛 沛1，左 寅1，程海峰1,2
（1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；2. 上海河口海岸科学研究中心河口海岸交通行业重点实验室，上海 201201）
摘要：长江口九段沙湿地是国家级自然保护区，认识植被覆盖与潮沟网络间的关系对保护九段沙湿地意义重大。基于长时序Landsat和HJ-1A多光谱图像，提取并分析长江口九段沙湿地潮沟和植被覆盖度数据。结果表明：① 1996—2020年间，潮沟总长度以每年11.71 km速度增加，植被覆盖面积以每年4.79 km2速度增加，至2020年潮沟等级最高为四级；② 历年潮沟分布特征变化与高植被覆盖度区域密切相关；③ 各级别潮沟中，一级潮沟对潮沟网络的平均归槽水流长度影响最大，而不同植被覆盖参数中，植被覆盖面积影响最大；④ 平均归槽水流长度与植被覆盖面积符合指数函数关系，随着植被覆盖面积的增大，平均归槽水流长度逐渐减小，即潮沟网络排水效率增大。
关键词：潮沟；演变规律；植被覆盖度；排水效率；九段沙湿地；长江
黄河流域天然河川径流量演变归因分析
周祖昊1,2，刘佳嘉1,2，严子奇1,2，王 浩1,2，贾仰文1,2
（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. 水利部水资源与水生态工程技术研究中心，北京 100038）
摘要：受气候变化和人类活动影响，黄河流域水资源量持续衰减。以往水资源归因分析的研究主要针对气候变化和人类活动对实测径流量衰减的贡献，对天然径流量衰减的原因关注不够，不利于支撑黄河流域水资源高效利用和科学管理。基于黄河二元水循环模型评价不同时期黄河流域天然河川径流量，并采用多因素归因分析方法分析主要影响因素对天然河川径流量衰减的贡献。结果表明，2016年水平年情景相比于1956—1979年水平年情景，花园口断面多年平均天然河川径流量减少114.6亿m3，其中气候变化、下垫面变化和社会经济取用水影响的贡献率分别为24.4%、25.0%和50.6%。从分区来看，兰州以上气候变化是主导因素，兰州以下人类活动是主导因素。为遏制天然河川径流量衰减的趋势，促进黄河流域生态保护与高质量发展，应加强深度节水、刚性控水、适度增水、强化管水和立法护水。
关键词：天然河川径流量；评价；归因分析；黄河流域
嘉陵江不同区域场次洪水输沙规律
刘尚武1，张 鹏2，苗 蔚3，王治力1，李丹勋1
（1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；2. 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074；3. 华北电力大学水利与水电工程学院，北京 102206）
摘要：对于雨洪河流，河流年输沙量主要来源于1场或几场高强度暴雨洪水过程，开展流域次洪输沙规律研究对认识流域水沙变化特性、提升流域产输沙的预测能力具有重要意义。利用嘉陵江流域小河坝站、罗渡溪站、武胜站及北碚站的历年场次洪量与输沙量资料，基于径流侵蚀功率理论和M-K分析等方法，系统分析了嘉陵江不同区域的次洪输沙特性。结果表明：嘉陵江流域汛期洪量和输沙量主要来自于嘉陵江干流；嘉陵江不同区域场次洪量均呈不显著减少趋势，次洪输沙模数（输沙量）总体呈显著减少趋势，但小河坝站2013—2020年次洪输沙模数（输沙量）呈显著增加趋势；随着径流侵蚀功率的逐渐增加，各区域不同时段的次洪输沙模数（输沙量）的变幅逐渐减小；嘉陵江干流区武胜站场次洪水输沙过程受人类活动影响最大、渠江罗渡溪站次之、涪江小河坝站最小；受汶川地震及强降雨等影响，小河坝站和北碚站2013—2020年次洪输沙量较1999—2012年有一定程度增加，但北碚站增幅小于小河坝站。
关键词：输沙量；场次洪水；洪量；洪峰流量；嘉陵江
区域水安全评价指标体系构建与应用
邓捷铭1,2，贾绍凤1
（1. 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101；2. 中国科学院大学，北京 100049）
摘要：水安全是耦合资源利用、环境保护、防灾等多维视角的复合概念。为提高水安全评价的系统完备性，避免各维度间概念重合，提升问题诊断的精确性，基于对水安全定义、内涵及评价维度的总结述评，构建了由数量充足性、水质符合性、可持续性、成本可承受性和防洪安全保证性5个评价维度构成的区域水安全评价指标体系，并结合专家群决策进行指标权重量化与数据标准化。该评价体系体现了资源安全中关于数量保障与可持续性保障的概念内涵，相比单纯利用资源禀赋指标评价水资源数量安全，更能科学辨析区域真实缺水原因；补充前人研究较少涉及的成本可承受性，保证了水安全内涵的系统完备性。以中国各省为例，结合聚类分析开展水安全评价的实例应用，评价结果较好地诊断了中国各区域主要水安全问题，符合中国现状，说明该评价体系具备较好的科学性与实用性。
关键词：水安全；指标体系；评价；专家群决策；聚类分析
地下水与地表水水量交换识别及交换量计算
——以新汴河宿州段为例
束龙仓1，宫 荣1，栾佳文1，龚建师2，陶小虎2，赵贵章3，陶月赞4
（1. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；2. 中国地质调查局南京地质调查中心，江苏 南京 210016；3. 华北水利水电大学地球科学与工程学院，河南 郑州 450045；4. 合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）
摘要：为提高地下水与地表水交换量计算结果的准确性，本文利用水力联系、水头差、水温、氡-222、氢氧稳定同位素构建综合识别方法（HHTRO），对新汴河宿州段地下水与地表水水量交换进行识别，并计算交换量。计算结果表明：研究河段单位河长地表水补给地下水的水量变化范围为8.69~366.82 m3/(d·m)，地下水补给地表水的水量变化范围为0.72~120.90 m3/(d·m)；研究河段左岸为地下水补给地表水，单位河长净补给量为45.26 m3/(d·m)；河段右岸为地表水补给地下水，单位河长净补给量为214.33 m3/(d·m)；研究河段地下水与地表水水量交换以地表水补给地下水为主，地表水补给地下水的比例为55.14%。本研究可推动地下水与地表水交换量计算方法的发展，为流域或区域水资源评价提供必要的理论方法。
关键词：水力联系；水位；同位素；水量交换强度
潜水地下水动态成因类型的综合判别方法
——以三江平原松花江流域为例
冶雪艳1,2，吴亚敏1,2，杜新强1,2，李婉露1,2
（1. 吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春 130021；
2. 吉林大学新能源与环境学院，吉林 长春 130021）
摘要：传统地下水动态类型的判别方法存在受人为主观因素影响大、易产生多解性等问题。为提高地下水动态成因类型判断的可靠性本文提出了基于水文地质条件定性分析与实测数据定量分析相结合的综合判别方法。根据研究区的气象、水文及水文地质条件等将地下水各补给项及排泄项对地下水动态的影响进行定量化对动态数据进行相关分析及逻辑判断辨识出对地下水位动态贡献最大的补给项和排泄项并依此确定地下水动态的成因类型。基于该方法以三江平原松花江流域2011年及2015年相同的57个地下水观测点为例结合地下水位埋深、地下水位、河水位、降水量、观测井距河流的距离、包气带岩性等资料将研究区地下水动态成因类型共划分为水文型、降水入渗型、降水入渗-蒸发型、降水入渗-径流型、降水入渗-开采型和人工开采型6种类型；对比2011年及2015年研究区地下水动态类型的变化降水入渗型、降水入渗-径流型等天然地下水动态成因类型占比减少而受人类活动影响的地下水动态成因类型占比增加表明人工开采活动对地下水动态的影响日益增强。相比根据地下水动态曲线特征确定动态成因类型的传统定性分析方法本研究提出的综合判别方法能够在充分考虑水文地质条件的基础上结合定量化方法识别地下水位动态的驱动因素提高地下水动态成因类型判别的科学性、可靠性以及工作效率。
关键词：地下水；成因类型；判别方法；补给；排泄；松花江流域
结构-功能耦合下的城市水系连通方案两阶段优化
窦 明1,2，宋孙娟1，石亚欣3，靳 梦4
（1. 郑州大学水利科学与工程学院，河南 郑州 450001；2. 郑州大学生态与环境学院，河南 郑州 450001；3. 南方科技大学环境科学与工程学院，广东 深圳 518000；4. 郑州市水利局，河南 郑州 450000）
摘要：传统水系连通方案编制主要以水系结构为主导，忽略了连通后对水系功能的影响，本文在进行城市水系布局时，将水系连通形状和连通功能两部分纳为一体来制定水系连通方案。基于中心性评价方法，提出河段重要性计算方法来定量刻画河段重要性；借助隶属度函数建立连通功能及其表征参数的函数关系，据此量化水系连通功能效果；以河网连通功能达标率和水系连通性满足度为优选目标，建立结构-功能耦合下的水系连通方案两阶段优化模型，优选最佳闸门联合调度方案。以清潩河许昌段为实例，优化原河网及不同水系连通情景的连通性。研究表明：经过优化后，原河网清潩河水系连通性总体较好，但护城河附近和饮马河的连通性较差；连通护城河和清泥河、连通饮马河和小洪河能极大地提升护城河附近和饮马河的水系连通性。
关键词：水系连通；结构-功能耦合；两阶段优化；清潩河
长江下游典型平原城市感潮河网水动力提升分析
王思如1,2，顾一成2，杨大文1，孙金华2，胡庆芳2，张 熹3
（1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；2. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029；3. 启东市住房和城乡建设局，江苏 启东 226200）
摘要：通常平原城市河网水动力条件较差，加快水体更新、增强水体的流动性可改善河网水环境质量。以长江下游典型平原城市启东市为例，充分利用河道天然潮动力条件，建立河网水动力学模型，通过数值模拟试验，量化分析优化水系格局、工程布局和调度方式对河网水体流动性的改善程度。结果表明：在最不利潮汐条件下，优化方案可将河网的全历时生态流速达标率由52.3%提升至94.2%，最大瞬时生态流速达标率由42.6%提升至85.0%，区域生态流速持续度达91.8%，同时还可节约67.5%的引调水量；改善水系格局、优化河网控制工程布局及其调度方案可以减少域外引水，同时显著增加河网水流更新速率，降低污染物滞留时间，从而改善水环境。该方法可为提升平原城市感潮河网水环境质量提供新手段。
关键词：水动力提升；感潮河道；数值模拟；Infoworks ICM；平原城市
基岩弯曲河段洪水水流结构的试验研究
白玉川1,2，李 彬2，徐海珏1,2，冀自青2
（1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2. 天津大学河流泥沙海岸工程研究所，天津 300350）
摘要：低坡度基岩弯曲河流在地质构造控制区域广泛存在（床面坡度小于5‰），洪水对基岩弯曲河流的河床淤积与侵蚀具有较大影响，但以往研究对基岩弯曲河流的洪水动力结构认识不足。通过几何概化基岩弯曲河段，考虑Froude相似与边壁粗糙，建立基岩弯曲河道概化模型，分析洪水下的弯道水面线分布、时均流场与湍流结构特性。结果表明：在洪水流量下，弯顶上游出现最小水面横比降、凸岸水流分离、凹岸双环流发育、流速下潜且二次环流强度达到最大，在弯顶下游水面横比降达到最大并出现环流分裂；床面切应力分布于凸岸水流分离以及弯顶上游中心区域，横向动量输移集中于弯顶上游。试验结果为基岩弯曲河道中的床面侵蚀与沿程淤积提供了水动力方面的解释。
关键词：湍流动能；基岩河流；二次环流；水流分离；常曲率水槽
东江沙卵石河床浅滩-深潭序列水沙演变特征
顾继一1，陆永军1，刘怀湘1，谭寓宁1,2，黄廷杰1，段光磊3
（1. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029；2. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065；3. 长江水利委员会水文局荆江水文与水资源勘测局，湖北 荆州 434000）
摘要：东江是珠三角网河区入汇河流之一，属少沙河流，其上游浅滩-深潭序列密集分布，河床结构的演变特性尚不清晰。选取东江浅滩-深潭序列河段进行现场河床质与推移质测量，结合试验得到不同流量和坡降中水流与河床在无上游来沙补给中的互馈机理。试验结果表明：浅滩与深潭交替造成沿程平均流速不连续变化，浅滩中部在洪水流量的塑造下容易产生紊动能峰值。无上游来沙条件下，序列中粗化层的形成、破坏过程交替与循环发生，其中静态分选是主导因素且导致沿程级配不连续。流量与坡降的增大促进浅滩-深潭序列发育，同时使得深潭与浅滩的纵向长度缩短；有上游来沙条件下推移质输沙率增大，无来沙条件下输沙率减小。
关键词：水沙演变；浅滩-深潭序列；上游来沙；级配不连续；泥沙输移；东江
考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型
张文兵1,2，沈振中1,3，任 杰4，徐力群3，周聪聪3，杨金孟3
（1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；2. 上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306；3. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；4. 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048）
摘要：为弥补当前河岸带水热交换模拟对土体非均质传热考虑不足的缺陷，在饱和-非饱和渗流及多孔介质传热理论基础上，引入土体有效导热系数模型，构建考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型。结合COMSOL软件的特点，给出河岸带水热耦合模型的实现方法及求解流程，并通过河岸带温度和水位原型观测资料验证和对比分析不同有效导热系数模型下河岸带水热耦合模型的模拟效果。结果表明：与传统不考虑土体非均质传热方法相比，该模型能够较好地反映河岸带水热交换过程。此外，基于Johansen有效导热系数模型的河岸带水热耦合模型模拟效果表现最佳，模拟结果与前人试验结果一致。研究成果可为河岸带水热交换及污染物迁移过程的深入研究提供技术支撑。
关键词：河岸带；水热耦合模型；非均质传热；有效导热系数模型
分层沉积物河流-地下水系统水力连通演化
程大伟1,2，詹红兵3，李 洁1,2，邓婧芫1,2
（1. 长安大学水利与环境学院，陕西 西安 710054；2. 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安 710054；3. Department of Geology and Geophysics，Texas A&M University，College Station，TX 77843-3115，USA）
摘要：为揭示河流-地下水系统水力连通状态演化特征以分层沉积物季节性失水河流-地下水系统为研究对象解析水力连通状态判别标准剖析系统内渗流变异机制阐明水力连通状态变异类型与机制完善演化理论框架。构建6个具有不同分层沉积物的河流-地下水系统渗流模型利用数值模拟方法模拟水力连通状态演化及变异。结果表明：湿润锋曲线和饱和带前锋曲线是刻画水力连通状态演化的特征曲线；沉积物内渗透能力和毛细力作用差异是导致变异的原因。湿润锋曲线变异类型为陡坎型、缓坡型或交替型；饱和带前锋曲线变异类型为后移型、前突型或交替型。研究成果为进一步开展河流-地下水系统内水量评估、物质迁移和能量传输研究提供理论支撑。
关键词：河流-地下水系统；水力连通状态；分层沉积物；湿润锋曲线；饱和带前锋曲线；变异
岩溶管道与裂隙介质间溶质暂态存储机制
罗明明，季怀松
（中国地质大学（武汉）环境学院，湖北 武汉 430078）
摘要：溶质暂态存储是岩溶地下水溶质运移过程中的普遍现象。为揭示岩溶管道与裂隙介质间溶质暂态存储机制，本文构建室内管道-裂隙物理模型开展集中补给条件下的定量示踪试验，运用双区对流弥散模型实现溶质运移过程模拟。研究表明：随着集中补给水动力条件的增强，裂隙暂态存储水量呈线性增加趋势，溶质穿透曲线由单峰型向双峰型转变；管道和裂隙中的平均流速呈负相关关系，溶质在管道和裂隙中的滞留时间差决定了穿透曲线的形态；溶质暂态存储引发了穿透曲线的拖尾效应和双峰现象，对岩溶地下水溶质运移过程具有重要的控制作用。
关键词：溶质运移；管道-裂隙物理模型；暂态存储；穿透曲线；南方岩溶
城市洪涝中人体失稳机理与判别标准研究进展
夏军强，董柏良，周美蓉，王小杰，夏 军
（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072）
摘要：受全球气候变化和人类活动影响，近年来极端降水事件增多，由此引发的城市洪涝灾害频发。行人在洪水作用下易失去稳定，威胁生命安全，研究洪水中人体的失稳机理与判别标准，能为城市洪涝灾害的风险评估与管理提供科学依据。本文首先总结了国内外城市洪涝中人体失稳机理研究的相关成果，评估了现有人体失稳判别标准的适用范围及优缺点。基于力学分析和实测数据率定的计算公式虽然在推导过程中有一定的简化，但能较好地反映洪水中人体失稳的动力学机理，可以评估不同人群与不同洪水条件下的人体稳定性。针对当前城市洪涝中人体稳定性研究存在的不足，需要开展真实洪水中行人逃生以及沿漫水楼梯行走时的失稳机理与判别标准研究，并深入研究行人站立姿势调整对洪水中人体稳定性的影响；还需基于大数据等手段获取互联网上洪水中人体失稳的影像资料，构建洪水中人体失稳的实测数据库；同时还需推动人体失稳判别标准在洪水风险管理中的具体应用，最大程度地降低城市洪涝灾害带来的不利影响。
关键词：城市洪涝；人体失稳；失稳机理；失稳标准
