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水科学进展
南京水利科学研究院　水利部 交通运输部 国家能源局 中国水利学会
水科学进展

南京水利科学研究院　水利部 交通运输部 国家能源局 中国水利学会

张建云

双月刊

1001-6791

xkxjz@nhri.cn

025-85829770/85828537

210029

南京市广州路225号

水科学进展/Journal Advances in Water ScienceCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是以水为论述主题的学术期刊，主要报道关于水圈研究的新事实、新概念、新理论和新方法，反映国内外在暴雨、洪水、干旱、水资源、水环境等领域中科学技术的最新成就、重要进展、当代水平和发展趋势。交流新的科研成果、技术经验和科技动态。涉及与水有关的所有学科，包括水文科学、大气科学、海洋科学、地质科学、地理科学、环境科学、水利科学和水力学、冰川学、水化学、生态学、水生生物学以及法学、经济学和管理科学中与水有关的内容。
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    中国城市洪涝问题:现状、成因与挑战

    宋晓猛徐楠涛张建云贺瑞敏...
    357-373页
    查看更多>>摘要：全球气候变化和快速城市化双重影响下,中国城市洪涝问题日益严重,已成为影响中国城市公共安全与区域高质量发展的突出瓶颈.本文基于文献资料、灾情数据、统计年鉴等,梳理了中国城市洪涝类型与灾害特点,总结了城市洪涝的基本现状与发展趋势,阐释了城市洪涝形成机制与灾害成因,分析了城市降水变化、产汇流特性变化、排水格局变化及规划与管理对城市洪涝的影响;为科学认识中国城市洪涝问题和实现变化环境下城市洪涝科学治理,从基础数据监测与信息共享、基础理论与机理研究、成因驱动与量化识别、城市洪涝预警预报与风险评估技术以及城市洪涝灾害管理等6个方面,指出了当前研究面临的主要挑战与未来研究的重点方向.

    城市洪涝成因与挑战城市化气候变化

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    微分形式新安江模型

    梁忠民赵建飞段雅楠黄嘉璐...
    374-386页
    查看更多>>摘要：现有新安江模型数学上是代数方程并限于一阶差分方法求解,不可避免存在数值误差,探索数值求解误差控制新途径,对于提高模型计算精度具有重要意义.基于微分系统框架,识别新安江模型的状态变量和通量,推导其控制方程和本构方程,提出微分形式的新安江模型(ODE-XAJ),并采用四阶显式Runge Kutta法求解.数值实验结果显示,以解析解为基准,ODE-XAJ绝对误差处于或小于10-4 mm量级,可实现对解析解的高阶近似;以ODE-XAJ结果为基准,按归一化平均绝对误差评价,现有新安江模型的数值求解误差约为8.7％.典型流域应用结果显示,ODE-XAJ确定性系数提升0.02,洪量相对误差降低4.3％.研究表明,ODE-XAJ理论上分离了模型的数学方程与具体解法,可有效控制数值求解误差,提升模型模拟精度.

    新安江模型数值误差微分形式RungeKutta法屯溪流域

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    三峡库区水陆水面蒸发量差异特性及其原因探讨

    程海云冯宝飞张俊王乐...
    387-399页
    查看更多>>摘要：三峡水库是中国最大的人工水资源调蓄中心,其库区蒸发深刻影响着地表生态水文过程,研究三峡库区漂浮水面蒸发和陆上水面蒸发变化差异及其原因,对于理解区域水文循环和气候变化具有重要意义.基于三峡库区巴东水面漂浮站和相邻陆面站的多年蒸发观测资料,分析库区水陆水面蒸发的季节差异;结合ERA5辐射资料,分析水陆水面蒸发能量平衡的各组分季节变化特征,探究水陆水面蒸发差异的主控因子.结果表明:①水陆水面蒸发存在显著的季节变化差异,其中陆面站水面蒸发峰值通常出现在8月,而漂浮站水面蒸发峰值通常出现在12月;②能量平衡分析表明,三峡库区水体在夏半年蓄热,在冬半年则释放热量显著增加表层水体可利用能量,进而增加潜热效能,导致漂浮站蒸发峰值出现的时间较陆面站平均滞后约4个月;③主控因素分析表明,水陆水面蒸发及热力性质差异受多种微气象因素非线性综合影响,其中在水体蓄热阶段(3-9月),主控因素为气温和饱和水汽压,在水体放热阶段(10月至翌年2月),主控因素为水温和水气温差.

    水面蒸发水陆蒸发差异微气象因素季节变异三峡水库

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    不同面积蒸发池水温特征及Penman模型改进

    陈军锋张淑煜杜琦薛静...
    400-407页
    查看更多>>摘要：分析蒸发池水温特征可深入认识蒸发池能量平衡特性,研究Penman模型计算误差来源并改进,对农业计划、水源评估和水文预报具有重要意义.基于太谷均衡实验站3个不同面积蒸发池的水温、蒸发量及气象数据,分析各蒸发池的垂向水温分布和蒸发量的变化特征,基于Penman模型探究适合3个蒸发池的模型参数.结果表明:1 m2和5 m2蒸发池4-8月水温随水深增加而显著降低,20 m2蒸发池各月水温分布均比较均匀,且水温更高;1 m2和5 m2蒸发池各月蒸发量相近,与净辐射变化趋势一致,20 m2蒸发池蒸发峰值滞后于净辐射峰值3个月;Penman模型中加入反映除净辐射外能量的综合影响参数可提高模型计算精度,夏季尤为明显,1、5、20m2蒸发池夏季的参数值分别为3.5、3.3和2.1.

    水面蒸发蒸发池水温Penman模型

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    基于多因子多模式集成的中长期径流预测模型

    陈娟徐琦曹端祥李国智...
    408-419页
    查看更多>>摘要：提高中长期径流预测精度对于水资源调度等具有重要意义和应用价值.基于国家气候中心的130项气候因子,采用皮尔逊相关系数、最大信息系数、方差增量指标筛选主要预测因子,建立基于DS(Dempster-Shafer)证据理论的多因子综合方法;采用随机森林、BP神经网络和贝叶斯网络等建立基于水文-气象因子遥相关的中长期径流预测模型,构建基于DS证据理论的预测结果集成模型.以三峡水库为对象开展实例研究,结果表明:引入遥相关因子能有效提高预测精度;基于DS证据理论的多因子综合方法能筛选出综合性更强、稳定性更优的因子,弥补单一筛选方法的不足;基于DS证据理论的多因子多模式集成方法在径流预测精度上优于单一方法单一模型,确定性系数提高到0.823,平均相对误差降低到23.2％.

    中长期径流预测DS证据理论随机森林贝叶斯网络BP神经网络遥相关

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    考虑径流过程矢量化的机器学习洪水预报模型

    刘成帅解添宁李文忠胡彩虹...
    420-429页
    查看更多>>摘要：准确的超前洪水预报有利于开展防洪减灾工作和优化水资源调度.本文提出一种针对场次洪水的径流过程矢量化方法(Runoff Process Vectorization,RPV),并耦合 3 种机器学习(Machine Learning,ML)模型构建了 RPV-ML洪水预报系列模型.以黄河中上游孤山川、佳芦河和祖厉河3个典型流域为研究区,分别基于43、28、37场洪水的降雨径流数据,按照洪水场次7∶3的比例进行模型训练和验证.研究表明:①相同预见期条件下RPV-ML模型在孤山川、佳芦河和祖厉河流域洪水预报纳什效率系数更高、均方根误差和洪峰相对误差更低,RPV-ML模型比ML模型具有更好的预报性能,在预见期为4-6 h时优势更显著;②RPV-ML和ML模型预报精度会随着预见期增加逐渐下降,但RPV-ML预报精度呈现缓慢下降趋势,具有更好的鲁棒性;③基于RPV改进的时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)可以更好地克服预报误差问题,RPV-TCN模型在3个流域预报性能最好.

    洪水预报径流过程矢量化机器学习RPV-ML模型黄河中上游

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    梯级水库下游最不利洪水地区组成法

    钟斯睿郭生练何彦锋谢雨祚...
    430-439页
    查看更多>>摘要：梯级水库运行调度显著改变了下游洪水的时程分配,而现有洪水地区组成法没有考虑对工程设计和防洪调度最不利或最恶劣的情景.本文基于灾害风险理论,根据未控区间洪量及地区组成概率,提出一种最不利洪水地区组成法.雅砻江梯级水库实例分析表明:最不利地区组成法分配给下游未控区间流域的洪量总是大于同频率组成法和最可能组成法;最不利组成法推求的雅砻江出口断面1 000年一遇设计洪峰、3 d和7 d洪量分别为16 700 m3/s、41.6亿和85.1亿m3,均大于其他洪水地区组成法估计值.理论推导和统计试验表明最不利地区组成法可合理分配洪量并兼顾下游防洪风险,具有深入研究和应用的价值.

    设计洪水梯级水库洪水地区组成洪量分配雅砻江

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    沿海城市台风暴雨时空变化致涝特征模拟

    李冰雪史超侯精明王添...
    440-452页
    查看更多>>摘要：为探明台风暴雨时空变化对中国沿海城市内涝过程的影响,应用地表水及其伴随输移过程数值模型,以中国沿海城市宁波中心商贸商务区为研究对象,进行多种移动台风降雨情景和静止台风降雨情景下的城市内涝研究.结果表明:①不同移动方向下的降雨会导致内涝监测点积水时间滞后,向正西方向及西北方向移动时,积水时间滞后0～0.5h;向正北方向移动时,积水时间滞后1.5 h;向北偏东30°方向移动时,积水时间滞后1.5～2 h.②在92％的模拟工况下降雨的移动会削减积水量和积水深度,水深峰值最大削减率达4.46％;降雨重现期从5 a增大到50 a时,积水水深峰值削减率从0.49％下降到0.10％.③双峰型降雨与单峰型降雨对城市内涝积水的影响规律相似,但前者的影响作用更小.因此,在受台风暴雨侵袭的城市区域,防灾减灾部门应考虑台风暴雨的时空移动特征,进一步提高城市抗洪能力,减少灾害损失.

    台风暴雨降雨移动城市内涝数值模拟沿海城市

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    南京城市下垫面对夏季暴雨云团特征的影响

    沈烨张晶寒袁慧玲杨龙...
    453-462页
    查看更多>>摘要：为了理解城市下垫面对降雨的影响机制,选取南京地区2次不同天气背景的降雨过程,利用中尺度气象模式和暴雨云团追踪算法开展数值试验,揭示城市下垫面对暴雨云团形态、结构和演进特征的影响机制.结果表明:当天气强迫较弱时,城市热岛效应增强大气边界层对流活动,暴雨云团进入城市后快速坍塌,云团数量减少,空间覆盖增大,降雨在城区增加;当天气强迫较强时,城市冠层影响暴雨云团特征,城市地区出现大量面积小、移动缓慢且空间结构"尖瘦"的暴雨云团,降雨在城区和城市下风向增加.城市下垫面对暴雨云团特征的影响与降雨前期天气强迫有关,更新了城市对降雨影响机制的传统认识,为城市地区暴雨临近预报和设计暴雨方法提供了科学支撑.

    暴雨云团城市洪涝降雨下垫面数值模拟

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    径流与涌潮对钱塘江尖山潮滩演变的影响分析

    劳聪聪曾剑夏军强辛沛...
    463-474页
    查看更多>>摘要：潮滩湿地具有生态系统服务、海岸防护等重要功能,认识其在涌潮与径流作用下的潮滩演变特征,对保护钱塘江涌潮区域湿地至关重要.基于钱塘江尖山潮滩151张地形及径流、水位、泥沙和遥感数据,探究潮滩演变特征与驱动机制.结果表明:①尖山潮滩呈动态平衡,在观测区,枯季淤积速率为0.01 m/d,坡度降至1‰后稳定;洪季崩岸速率达3 m/d,崩退宽度达113 m,但洪季后以0.05 m/d的速率恢复.②洪季潮滩处的涌潮略强于枯季,洪水促进河势分汊,而涌潮主要通过南汊输沙,减少了北汊潮滩处泥沙输送.③钱塘江流量是控制潮滩年内季节性冲淤变化的关键因素,潮滩变化速率与流量、初始高程及潮差呈多元线性关系.④洪水改变河势,潮滩泥沙供应减少,含径流的退潮流冲刷增强使其崩岸退缩,但当水流冲刷减小、涌潮与涨潮流输沙占优时,潮滩迅速淤积.

    潮滩演变地形动态监测洪水事件涌潮钱塘江河口

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