南水北调西线工程生态环境影响及应对的关键科学问题

景来红1，2，严登明1，2，崔  萌1，2，耿雷华3，敖燕辉4

（1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州  450003；2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州  450003；3. 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；4. 河海大学环境学院，江苏 南京  210098）

摘要：南水北调西线工程涉及生态环境脆弱区，减缓生态环境影响是工程可行性论证的核心问题之一。本文提出了当前西线工程调水对生态环境影响研究的实践需求，识别了新形势下西线工程在调水阈值和调水扰动的适应性调控中的关键科学问题，构建了西线工程生态环境影响及应对的总体研究框架，并提出重点研究方向：水源区水资源-水生态-经济社会协同演变机制、水源区生态环境需水评估方法与动态调配技术、变化环境下水源区水资源禀赋与可调水量阈值、调水生态补偿机制及生物入侵风险分析，以及系统视角下调水影响综合评估及方案优化等。南水北调西线工程须妥善协调生态保护与调水工程间的潜在冲突，坚持生态优先，确保综合效益在水源区与受水区公平共享。

关键词：生态需水；可调水量；生态环境；南水北调西线工程

考虑融雪及土壤冻融的新安江模型及其应用——以雅砻江上游径流模拟为例

董宁澎1，王  浩1，杨明祥1，张居嘉1，徐世琴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. Hydrology，Agriculture and Land Observation Laboratory，Division of Biological and Environmental Science and Engineering，King Abdullah University of Science and Technology，Thuwal 23955-6900，Kingdom of Saudi Arabia）

摘要：寒区为中国大江大河的主要产流区，其径流预报精度直接影响下游水利工程调度和水资源科学管理。针对传统概念性水文模型较少考虑积雪融雪及土壤冻融过程对径流的叠加影响这一问题，以新安江模型为基础，以降水量和气温为驱动数据，提出了基于“等效土壤温度”和“土壤冻融特征曲线”的概念性土壤冻融模块来刻画积雪融雪及土壤冻融共同影响下的流域产流过程，构建了考虑融雪产流和土壤冻融的新安江模型。以雅砻江甘孜水文站以上流域为典型研究区，开展了流域2017—2022年冰雪消融期逐小时的径流模拟分析。结果表明，相比于HBV模型，考虑融雪产流和土壤冻融的模型可以显著提升流域冰雪消融期的水文模拟精度，各年份消融期径流的纳什效率系数中位数由0.69提升至0.83，相关系数中位数由0.88上升至0.92。本研究所提出的考虑融雪及土壤冻融的新安江模型可以为寒区的水文业务预报提供科学支撑。

关键词：寒区；融雪产流；土壤冻融；新安江模型；水文预报

黄河兰州以上区域草地覆盖变化对水源涵养的定量影响分析

朱求安1，吴晓丽1，于冬雪1，江善虎1，方秀琴1，颜亦琪2，任立良1

（1. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京  210098；2. 黄河水利委员会水文局，河南 郑州  450003）

摘要：为厘清黄河兰州以上区域草地变化对水源涵养的影响，利用动态全球植被模型，结合逐年土地利用变化数据，通过不同的情景模拟，定量分析了1980—2020年黄河兰州以上区域水源涵养量的变化趋势和响应特征。结果表明：该区域年均水源涵养总量约242.1亿m3，其中草地生态系统的贡献量约为202.8亿m3，占比83.8%，并且在2002年前、后分别呈下降（-5.1亿m3/a）和上升（3.5亿m3/a）趋势；黄河兰州以上区域1980—2020年草地变化对该区域水源涵养具有不显著的负向效应，2015—2020年间年均减少了6.7亿m3，整体上并未显示出明显的区域差异；不同草地退化程度情景下的模拟表明，虽然轻度退化带来的草地蒸散发分量变化使得区域水源涵养量略有提升，但随着退化程度的加剧区域水源涵养量显著减少。

关键词：水源涵养；草地覆盖变化；动态全球植被模型；黄河上游

气候变化对HBV水文模型参数敏感性和不确定性的影响

马秋梅1，桂  绪1，熊立华2，宋文婕3，4，李继清1

（1. 华北电力大学水利与水电工程学院，北京  102206；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；3. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京  100101；4. 中国科学院大学资源与环境学院，北京  100049）

摘要：阐明气候变化对流域水文模型参数的影响是分析参数可移植性、预估未来水量平衡组分的基础科学问题。基于CMIP6框架下3种数据来源（CNRM、IPSL和MRI）的气象信息，驱动HBV水文模型模拟赣江流域2015—2100年的月径流变化，量化并评估气候变化下控制径流模拟过程典型参数的敏感性和不确定性。研究结果表明：①未来降水增多或减少比持平情况下模型参数敏感性整体更高，其中土壤模块（计算土壤蒸散发和含水量）参数敏感性最高；②区分年内丰枯期与全年平均结果相比，响应模块（划分各径流组分）参数敏感性更高、未来增幅更大，且未来降水增多或减少均会使枯水期土壤模块和响应模块参数的敏感性增高，表明降水量及其年内分配会影响模型参数敏感性；③随机扰动响应模块参数导致的径流不确定性最大（贡献超50%），特别是未来降水增多情景下（超70%），因此，若未来气候变化使径流组分（快速、慢速流比例）大幅变化，需重点关注该模块参数。

关键词：水量平衡；水文模型；气候变化；CMIP6；水循环过程模拟

控制性供水湖泊旱限水位确定方法——以洱海为例

严子奇1，周丽垚1，2，程  刚3，蒋云钟1，王  坤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. 黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨  150080；3. 云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明  650021）

摘要：旱限水位作为干旱预警以及工程抗预案的重要指标和依据，对科学指导湖泊开展抗旱调度具有重要的作用。本文针对控制性供水湖泊的特征，在充分考虑湖泊自身生态健康稳定的同时，结合湖泊兴利调节逆序递推计算，提出了一种控制性供水湖泊旱限水位计算方法，以洱海为例，验证了该方法的合理性。结果表明：通过设定旱限水位，在考虑湖泊最小生态需求的基础上，通过在干旱前期预留水量，可有效缓解干旱年份的湖泊周边地区的严重缺水情况；在设置旱限水位后，连旱最不利年份下洱海环湖供水缺水量减少1 023万m3，引洱入宾农业灌溉用水减少1 016万m3，环湖城市供水、引洱入宾灌溉严重缺水月数分别减少11、10个，低于最低生态水位月数减少15个。本研究为水旱灾害防御部门制定湖泊旱限水位、指导湖泊开展抗旱调度提供了一套通用算法，能够为干旱防御决策提供科学依据和技术支撑。

关键词：旱限水位；控制性供水湖泊；生态需水；抗旱调度；洱海

基于场次洪涝灾害的损失函数构建方法

苏  鑫1，王银堂1，2，邵薇薇3，王磊之1，李伶杰1，2，胡庆芳1，刘  勇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. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京  210098；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：构建洪涝灾害损失函数对于认识洪涝灾害损失的发展规律、提高灾害损失的评估时效性具有重要意义。提出了耦合洪涝致灾因子空间分布的动态模拟、社会经济数据空间化处理、灾害直接和间接损失计算以及曲线拟合的场次洪涝灾害损失函数构建方法，构建了洪涝灾害损失—时间函数，并建立了函数参数的调整策略，在上海市开展了实例研究。研究结果表明：场次洪涝灾害直接经济损失的发展过程呈“S型”曲线的变化特征，可将weibull分布函数作为其损失函数；减停产损失的日变化过程呈“L型”曲线的变化特征，可将双曲递减函数作为其损失函数；产业关联损失的日变化过程呈“倒U型”曲线的变化特征，可将Hoerl函数作为其损失函数；累计产业关联损失约为停产或减产损失的1.77倍，间接经济损失约为直接经济损失的1.29倍；损失函数参数与灾害发生概率多呈非线性的单调递增或递减关系，基于拟合参数的洪涝灾害损失评估相对误差在5%以内。本研究的方法被证实具有较高的模拟精度，为认识洪涝灾害损失的发展规律和提高洪涝灾害损失评估时效性提供了新途径。

关键词：洪涝灾害损失；动态评估；损失函数；时效性

可变TOPSIS 水安全韧性三支决策方法及应用

杨亚锋1，2，王红瑞2，曹永强3，刘  琳4，曹文梅4

（1. 华北理工大学理学院，河北 唐山  063210；2. 北京师范大学水科学研究院，北京  100875；3. 天津师范大学京津冀生态文明发展研究院，天津  300387；4. 华北理工大学建筑工程学院，河北 唐山  063210）

摘要：为克服当前水安全评价中常用的TOPSIS方法适用于排序但决策指导意义相对较弱的不足，借助可变模糊集中的相对隶属度方法改进其数据标准化过程，进而计算贴近度用于估计三支决策中的条件概率，基于综合阈值生成三支决策规则；设置不同的风险规避系数（σ），动态细化三支决策粒度，实现等级评判和调控决策。基于韧性理念，从抵抗性、恢复性和适应性3个方面构建水安全评价指标体系，并以京津冀地区为例开展实证研究。结果表明：2006—2020年，京津冀三地的水安全水平稳中有升，空间分异特征显著；北京和天津年际变化较小，河北2015年以来则有显著提升；当前北京和天津水安全的主要韧性调控方向为抵抗性，而河北则需要进一步加强适应性。

关键词：水安全；韧性；可变模糊集；相对隶属度；TOPSIS；三支决策；京津冀地区

小浪底水库调控后黄河下游冲淤规律与水沙调控指标

陈翠霞1，2，朱呈浩1，2，赵  翔1，2，高  兴1，2，罗秋实1，2

（1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州  450003；2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州  450003）

摘要：为科学指导黄河调水调沙调度实践，根据小浪底水库调控后黄河下游冲淤规律对水沙调控指标进行优化。选取2011—2022年黄河下游实测121场不同含沙量级水沙过程，分析黄河下游水沙特点及其冲淤效率与水沙条件的响应关系，以黄河下游不淤积以及主槽过流能力不降低为总体目标提出水沙调控指标。结果表明：①小浪底水库对黄河下游水沙过程具有两极分化的调控作用，高含沙量水流（平均含沙量Sav>10 kg/m3）的沙量全年占比为94%，清水水流（Sav<1kg/m3）的水量全年占比为85%。②高含沙量水流的淤积效率与平均含沙量呈正相关线性关系。③清水水流的冲刷效率与平均流量呈正相关对数关系。④对于高含沙量水流，丰水年调控水量为80亿m3，平均流量为2 000~4 600m3/s，平均含沙量为50 kg/m3；平水年调控水量为10亿m3，平均流量为2 000 ~4 600m3/s，平均含沙量为150kg/m3；枯水年水库不排沙。对于清水水流，需要避免下泄平均流量在800 ~1 800m3/s范围内的水流过程。

关键词：冲淤规律；水沙调控；水沙过程；小浪底水库；黄河下游

汛期与非汛期水沙条件对黄河下游不同河段过流能力的影响

曹玉芹1，夏军强1，周美蓉1，程亦菲1，陈建国2

（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. 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：20世纪80年代以来黄河下游水沙输移特性显著改变，下游河道经历强来沙作用下的持续淤积与小浪底水库调控下的持续冲刷过程。基于黄河下游1986—2020年实测水沙数据与固定断面地形，计算了河段尺度的平滩流量，量化了汛期与非汛期水沙过程对各河段过流能力的相对贡献。结果表明：①小浪底枢纽运行前水流冲刷强度随时间减弱，下游河道呈汛期淤积、非汛期冲刷的整体淤积态势，平滩流量持续减小，最小过流能力小于2 000m3/s。②小浪底枢纽运行后水流冲刷强度显著增大，尤其在非汛期，对河床冲刷产生重要影响；各河段过流能力显著恢复，其中游荡段恢复最为迅速。③各河段平滩流量与前5a汛期、非汛期平均水流冲刷强度呈良好的幂律关系，该关系能较好地反映汛期与非汛期累积水沙过程对过流能力的综合影响。④小浪底枢纽运行后，非汛期水沙条件对平滩流量的贡献率增大，尤其是对游荡段具有重要影响（占比53%），对过渡段与弯曲段贡献则较小（占比不到20%）。

关键词：平滩流量；水沙条件；非汛期；汛期；不同河型；黄河下游

冲刷及整治工程叠加作用下武汉河段滩槽调整特征与成因

章广越1，谈广鸣1，张  为1，尹  志2，王静雯3，4

（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  430014；3. 黄河水利科学研究院，河南 郑州  450003；4. 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心，河南 郑州  450003）

摘要：大型水库的修建引起了坝下游的滩槽调整，进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究滩槽调整的驱动机制，采用1952—2022年水沙和1959—2021年地形观测资料，以长江武汉河段为例，分析了床沙组成、来水来沙及整治工程等因素的影响。研究表明：①武汉河段枯水河槽冲刷量占全河槽冲刷量的90.4%，断面趋向窄深化，河相系数减小。不同江心洲及汊道冲淤出现差异性调整，2001—2021年，铁板洲和白沙洲洲体面积分别减少了63.1%和61.5%，潜洲和天兴洲洲体面积分别增大了212.3%和14.5%；2013年后，铁板洲左右汊均冲，天兴洲汊道左淤右冲。②来沙量锐减，河床以0.125 mm≤d<0.25 mm的细沙居多，抗冲性较弱，是冲刷加剧的先决条件；三峡水库的削峰补枯作用加剧了枯水倾向汊河的冲刷幅度；整治工程改变了滩槽冲淤的横向分布，是江心洲差异性调整的主导因素，也是天兴洲保持左淤右冲的重要原因。③三峡水库蓄水前，洲滩之间演变联动性强；三峡水库蓄水后，来沙减少和中水期时间延长导致洲滩冲刷萎缩，洲滩之间演变联动性变弱；整治工程实施后，工程保持了心滩稳定且其缓流滞沙效应提高了抗冲性，心滩淤长的同时限制了边滩发育，叠加来沙进一步减少，边滩之间、心滩之间演变联动性进一步变弱，边滩与心滩之间演变联动性再次增强。

关键词：滩槽调整；水沙变化；整治工程；洲滩联动；武汉河段；三峡水库

岷江河口汇流特征及浅滩整治水位

何  熙1，2，郝  岭2，邓  涯1，李顺超2，曹民雄1

（1. 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京  210029；2. 四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都  610017）

摘要：山区支流河口航道受干、支流“博弈”影响，兼具天然河流和回水顶托段水文泥沙的双重特性，分析两江水沙条件、汇流特征、顶托影响对研究支流河口段航道治理具有重要意义。本文以岷江河口为例，采用1960—2020年金沙江、岷江实测水文泥沙资料，基于Copula函数理论构建两江退水期日均流量联合分布模型，建立岷江河口段航道枯水河床造床作用函数，提出山区支流河口段航道浅滩整治水位的量化方法。研究结果表明：①受流域上游水库大规模开发建设以及人类活动因素影响，岷江下游年径流量及输沙量呈显著减小趋势，但枯水期流量呈显著增加趋势；②金沙江对岷江河口段壅水作用总体表现为汛期强于枯水期，对岷江汛末至枯水期时段冲刷航槽、维持岷江河口段航道水深创造了有利条件；③岷江河口壅水高度随汇流比增大而增加，且两者呈明显的正线性相关关系；④岷江河口变动壅水区范围内整治水位应遵循羊角石以上按照非顶托河段采用设计最低通航水位以上1.5m的原则，羊角石—杨家滩河段整治水位则应自上而下采用设计最低通航水位以上1.5 ~2.0m渐变增加的原则。

关键词：汇流特征；汇流比；顶托作用；Copula函数；整治水位

滑坡堰塞坝漫顶溃决对外部动力条件的响应机制

成泽霖1，2，夏云峰1，徐  华1，吴道文1，李阳帆1，3

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京  210024；2. 河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京  210098；3. 广东省水利水电科学研究院，广东 广州  510635）

摘要：堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验，系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化，以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明：库容和入库流量通过控制溃决初始阶段堰塞湖水位变化速率，影响溯源冲刷效率，对初始阶段溃决历时产生显著影响；库容和入库流量通过控制溃口侧向侵蚀速率、影响加速冲蚀阶段溃口侧向展宽效率，对溃决峰值流量产生影响；加速冲蚀阶段溃口垂向侵蚀和侧向侵蚀对外部动力条件变化响应不一致，垂向侵蚀过程受到显著抑制。研究成果有助于深入认识堰塞坝漫顶溃决机制，并为相关防洪减灾工作提供参考。

关键词：冲蚀特性；堰塞坝；入库流量；库容；水槽试验

基于多分散非球颗粒CFD-DEM的沉积物排放扩散特性研究

杨晔峰，韦桐忠，王  胤

（大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连  116024）

摘要：为从颗粒及流场尺度探究沉积物颗粒在水流作用下的悬浮与扩散机制，在离散元中引入高斯曲率模型表征非球颗粒非线性接触特性，并改进非球颗粒的拖曳力模型及孔隙模型，建立了多分散非球颗粒CFD-DEM流固耦合数值方法；通过与物理模型试验对比，验证了该方法的有效性与优越性；随后对沉积物在水流作用下的悬浮扩散过程进行模拟。研究结果表明，沉积物沉降率与颗粒入流量成正相关，与流速成负相关；而逸出率与沉降率呈相反趋势；在高初始排放量下，颗粒团簇效应促进流体动能耗散，颗粒所受重力作用超过惯性力作用，颗粒快速沉降；在低初始排放量下，较高流体动能促进颗粒水平向输运；在流速较小情况下，颗粒形状对沉积物的空间分布影响不可忽略。

关键词：悬浮与扩散；沉积物；CFD-DEM流固耦合数值方法；多分散非球颗粒

河流生态产品及其市场价值实现机制研究进展

成  波，李怀恩

（西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安  710048）

摘要：河流生态产品价值实现机制是实现区域生态保护和社会经济协同高质量发展的重要手段。各类河流生态产品具有向河流本地转移和下游受益区域外溢的双向流转特征，但目前直接针对上述特征的市场价值双向分类实现机制研究仍处于起步阶段。基于上述问题，本文在界定河流生态产品的概念及其内涵基础上，梳理和总结了河流生态产品的延伸范围、动态市场价值的计算方法及其市场价值双向分类实现机制三方面的研究现状，指出上述研究的不足并提出未来重要的研究方向。以期为后续建立长效的河流生态产品市场价值实现机制提供有益借鉴和参考。

关键词：河流生态产品；纵横双向流转；市场价值；分类实现机制