长江中游极端干旱事件频发且呈增加趋势。以地表水为主要供水水源的城镇面临供水保障能力不足的风险,可利用长江中游分布广泛、储量大、开发利用程度极低、调蓄能力强、防污染性能好的地下水资源应对该风险。从现有供水系统难以抵御极端干旱及突发事件而导致的供水安全威胁角度出发,提出地下水储备内涵,即地下水储备应考虑极端条件下重要城镇或区域存在的潜在供水安全风险,仅在极端干旱和突发事件时才能动用,并从供水安全危机影响程度角度,将地下水储备区划分为一般储备区和战略储备区。充分考虑储备区供水水质要求与地下水开发利用现状及社会经济发展等,从供水安全危机性角度提出了地下水储备量的定义。根据长江中游极端缺水风险、地下水赋存条件与开发利用现状,综合考虑城镇供水安全的危机性、城镇和储备区规模、储备用途、地下水更新难易程度等因素,构建长江中游地下水分级储备体系(HWUSR),提出了确有需要、储备专用、浅层与深层互补、动用适宜、用后恢复、动态监测预警的地下水储备动用原则及动用策略。研究成果可为长江流域地下水储备制度出台实施与储备示范工程建设提供参考。
针对目前对悬移质与推移质共同影响下水库淤积规律认识不足的问题,以湖南天子山水库为例,采用长江水利委员会长江科学院开发的“HELIU-2”一维水沙数学模型,模拟水库运行300 a的淤积情况,并设置不同的上游推移质来沙量、级配和年内分配方式,探究水库运行不同时期悬移质与推移质的淤积分布规律和水库淤积对上游推移质来沙的响应。结果表明:水库运行初期,推移质主要淤积在距离坝址较远的库区入口附近河段,库区以悬移质淤积为主,不同运行年份下全库区悬移质淤积占比为89.78%~91.04%;随着运行年限增加,近坝段推移质淤积占比逐渐增加,运行300 a时升至40.98%,入口段运行100 a后推移质淤积占比达到100%;上游推移质来沙量对水库淤积的影响大于推移质级配和年内分配:推移质来沙量越大,沿程淤积越高、坝前坡度越陡,且其影响随运行时间逐渐显著;推移质级配和年内分配对库区淤积的影响很小。研究成果可为水库工程运行管理、设计及数值模拟提供参考。
为保障南水北调工程的供水安全、水质安全,探究丹江口水库漂浮物多元主体协同治理机制并明确提升协同治理效果的着力点,以推动库区生态环境的可持续发展。首先,根据协同治理SFIC模型与丹江口库区漂浮物治理特点,确定影响协同治理的因素;其次,运用结构方程模型(SEM)分析影响因素间的关系;最后,利用系统动力学(SD)动态仿真协同治理效果的发展趋势并进行敏感性分析。结果表明:起始条件、催化领导、制度设计不仅对协同治理效果有直接正向影响,还通过协同过程有间接的正向影响;协同治理效果呈先快速上升后增速减缓,并逐渐趋于稳定的变化趋势;协同治理效果对协同过程的变化相对最敏感,由此提出以完善协同过程为核心抓手,并同步优化制度设计、加强催化领导和夯实起始条件治理路径,以提升丹江口水库漂浮物协同治理效果。
黄浦江是太湖流域下游典型感潮河流和上海市重点河湖之一,保障其生态流量对于维系河湖生态系统稳定健康具有重要意义。基于2007—2023年黄浦江松浦大桥断面监测数据,梳理松浦大桥断面日均流量低于敏感生态流量的发生情况,对发生时段、次数、缘由以及达标率进行统计分析,利用主成分分析法对影响因素等进行综合评估。结果显示,松浦大桥断面日均流量低于敏感生态流量的发生时段主要集中在9月份、每月高高潮日前(即农历的初三和十八日前),发生主要原因是受天文大潮顶托、风暴潮增水等不可抗力因素影响。不可抗力等因素导致生态流量不达标时段,均满足黄浦江防潮压咸的生态保护目标,2007—2023年黄浦江生态流量考核指标达标率均为100%。研究成果可为感潮地区生态流量保障提供技术支撑。
针对浮球覆盖水体的蒸发预测问题,在Priestley-Taylor 模型基础上引入修正函数g(m),分析覆盖率m与潜热通量的关系,确定指数型(高温季节)与线性型(过渡季节)修正形式,并采用稳健回归方法降低异常值干扰。交叉验证结果表明:指数模型精度显著优于线性模型(一致性指数D=0.986,纳什效率系数NSE=0.947,均方根误差RMSE=0.54 mm/d),且参数稳定性强、无系统偏差。在异地高覆盖率验证中,模型也展现了良好的适应性(NSE=0.734,D=0.890)。提出的改进模型基于基础气象参数构建不同浮球覆盖率统一预测框架,实现了不同覆盖率下蒸发过程的精准预测,为干旱区水资源管理提供高效且实用的计算方法。
感潮河段的水位变化过程较为复杂,其精确预测、评估对流域防洪减灾及生态安全具有重要意义。针对长江感潮河段水位变化受上游径流与下游潮汐共同作用而呈现出的非线性、动态复杂波动特征,提出了一种融合卷积神经网络(CNN)、长短期记忆(LSTM)网络和科尔莫戈洛夫-阿诺德网络(KAN)的CNN-LSTM-KAN组合预测模型。首先利用CNN有效提取水位序列的空间特征,随后由LSTM捕捉水位变化的动态时间关联性,最后引入KAN增强模型的非线性表达与动态演变表达能力,实现南京水文实验站水位的实时预测。研究结果表明,CNN-LSTM-KAN组合模型在南京水文实验站实测数据基础上表现了良好的实时预测,在预测精度、峰值捕捉能力和对输入数据的鲁棒性方面均优于优化的LSTM、CNN-LSTM等传统深度学习方法,测试集模型性能评估指标均方根误差(RMSE)为0.065 4 m,平均绝对误差(MAE)为0.042 9 m,平均绝对百分比误差(MAPE)为0.023 5,纳什效率系数(NSE)可达0.995 1。该组合模型结构简单、易于实施,可为长江下游感潮河段的水旱灾害防控及经济社会可持续发展提供有力的技术支撑。
西北干旱区水源水库与受水水库在空间分布和功能定位上存在显著差异,传统单层调度模式难以实现水资源配置的全局最优。为提高调度的科学性与水资源集约化利用效益,构建基于双层优化的水库群联合调度模型,并采用粒子群优化(PSO)算法进行求解。上层模型以水源水库为调度核心,以调水偏差和蒸发渗漏损失最小为优化目标;下层模型以受水水库为调控对象,以灌区缺水量最小为最优目标。采用水文学方法定量评估生态流量,并将其作为调度模型中的刚性约束条件。结果表明,调水量与引水量变化趋势一致,比值稳定在0.87~1.07之间;多年月平均蒸发渗漏损失由优化前的413.14×104 m3降至348.46×104 m3,减少15.66%;各子灌区供水保证率达87.33%~95.63%。研究成果可为类似区域的水库群联合调度提供参考。
气候变化背景下,流域水文干旱风险持续加剧。现有研究对不同气象因子在水文干旱演变中的作用方向和程度缺乏定量解析,制约了对水文干旱形成机制的深入认识。以沅江流域为研究对象,分析气候变化驱动下的水文干旱演变特征并探讨气象驱动机制。基于历史气象水文数据,构建了XGBoost径流预测模型,引入SHAP可解释性框架定量解析了各气象因子的贡献;结合第六阶段耦合模式比较计划(CMIP6)多模式数据,揭示了气候变化下水文干旱特征的演变规律。结果表明:降水与相对湿度是驱动径流演变的核心气象因子;沅江水文干旱呈现明显的季节性特征,冬春季为高发期,空间格局上表现为上游重于下游;未来情景下,全流域水文干旱呈现频率升高(增加0.04~0.06)、历时增长(增加0.2~0.4个月)、强度加剧(增加0.05)的态势,且干旱等级结构发生调整,表现为中旱频率显著增加(增加0.04~0.08),而重旱频率普遍下降。降水与相对湿度的季节性耦合波动是加剧未来水文干旱的关键气候机理,研究结果可为区域水资源规划与旱灾防御提供科学支撑。
针对目前丹江口消落区普遍存在农业种植对库湾水质安全造成潜在风险的问题,通过对比种植和降雨前后土壤、库湾水体中典型污染物的浓度变化,开展土壤浸泡模拟试验,计算典型污染物释放速率,评估降雨冲刷和浸泡条件下典型污染物释放对库湾水质的影响。结果显示:多数土壤在种植后总氮(TN)和总磷(TP)含量上升,降雨后土壤TN和TP含量均呈下降趋势,表明农业种植增加了土壤在降雨冲刷下的污染物释放风险。降雨后消落区对应库湾水体TN和TP浓度呈上升趋势,库湾水质明显下降。室内模拟浸泡试验表明农业种植增加了TN、TP释放风险,试验点位的年TN释放速率上升了65%~386%,年TP释放速率上升了6%~232%,增加了消落区淹没情况下库湾水质风险。研究结果表明应在典型种植季节加强库湾水质的加密监测,可为精准实施消落区在典型种植季节的巡查和化肥施用管控提供参考。
氮素是天然水体的关键限制性营养盐,其时空分布特征深刻影响着丹江口水库水环境质量及其富营养化演变进程,对南水北调中线工程核心水源区的水质安全具有重要战略意义。于2024年3月份(非汛期)和9月份(汛期)系统采集丹江口水库入库支流表层水样及库区表、中、底三层剖面水样,通过测定总氮、硝氮、氨氮以及溶解性有机氮浓度,解析不同形态氮素时空分异规律,并探讨其成因。结果表明:硝态氮是水库非汛期水体氮的主要赋存形态,而进入汛期后,溶解性有机氮含量显著上升,并与硝态氮共同主导水体氮素赋存。在纵向空间上,汉库来水入库后,硝态氮浓度总体沿水流运动方向呈递减趋势,反映水动力过程对氮素输移的调控作用;而在垂向空间上,硝态氮浓度均值在非汛期与汛期均表现为底层>中层>表层的典型特征,且汛期垂向差异更为显著,推测与表层水体中光化学反硝化作用消减硝态氮,叠加汛期水体热分层抑制垂向混合密切相关。此外,非汛期汉库溶解性有机氮浓度显著高于丹库,并在垂向上呈现向底层减少的趋势,而丹库呈现向底层增加的趋势,推测与丹库缓流条件下细颗粒悬浮物对溶解性有机氮的吸附-沉降效应有关。
官山河流域作为丹江口水库的典型直接入库流域,其面源污染对库区水质影响显著。为明确官山河流域面源污染总氮(TN)和总磷(TP)负荷量的时空分布特征及其污染贡献来源,耦合降雨因子与地形因子,对传统输出系数模型进行改进,并估算了官山河流域2021—2024年面源污染TN、TP负荷量并评估其时空变化特征。结果表明:改进输出系数模型估算TN、TP负荷量的相对误差均<10%,模拟精度显著提升;2021—2024年期间,官山河流域TN、TP负荷量分别减少了67.84%和80.06%,主要归因于林地面积增加、耕地面积减少、畜禽养殖规模调整以及人口数量下降;TN、TP负荷强度高值区分别集中在白鹤镇和官山镇。研究成果旨在为官山河流域面源污染有效防控提供定量依据,进而为保障南水北调工程水质安全提供科学参考。
经典摩阻流速估算方法(如对数流速法)已成功运用于均匀流摩阻流速计算,但针对堆积体壅水区非均匀流摩阻流速计算还未形成系统的计算方法。基于此,开展不同流量下堆积体壅水区水力特性试验,采用单点雷诺应力法、三维紊动能法、垂向紊动能法、对数流速法等4种方法计算非均匀流摩阻流速,探讨摩阻流速与壅水特性的关系;基于实测流速分布,拟合卡门常数k与积分常数A的关系曲线;通过紊动强度反演经验系数D、λ,揭示其对摩阻流速估算的影响。研究结果表明:①三维紊动能法、单点雷诺应力法最适合描述堆积体影响下的床面摩阻特征,2种方法计算的摩阻流速均值相对偏差最小;摩阻流速u*与壅水参数β呈单调递减。②壅水区垂线流速分布仍遵循对数分布,但全断面的卡门常数k均值低于传统拟合推荐值0.4,建议积分常数A=7.5~9.5。③紊动强度经验系数D受流量与采用的摩阻流速模型类型影响,Du:Dv:Dw=1.41∶1.00∶0.40;经验系数λ仅受流量影响。垂向、纵向、横向紊动强度随水深增加呈衰减趋势,验证了所选摩阻流速估算方法的合理性。研究明确了堆积体壅水区非均匀流摩阻流速估算方法,修正了流速-紊动参数取值,为山区河道堆积体附近水域精细化水力模拟、防洪工程设计与河道治理提供了研究依据,对地震次生地质灾害后的河道修复具有参考价值。
针对黏弹性管道水锤压力精准计算问题,基于有机玻璃管水锤压力试验数据进行分析,并结合黏弹性管材的蠕变特性,对经典黏弹性理论水锤压力计算公式进行修正,构建适用于黏弹性管道的水锤压力计算公式。基于修正后的水锤压力计算公式,利用反向传播(BP)神经网络的非线性拟合功能,预测了同类型管材的水锤压力。研究结果表明:黏弹性管道水锤压力与阀门关闭时间呈反向变化,关阀时间越短,产生的水锤压力值越大;修正后的黏弹性水锤压力公式计算值与试验值的最大误差仅为3.3%,显著优于传统黏弹性理论模型,神经网络预测结果与拟合公式计算结果误差为1%~4%;提出的数值模拟方法可为黏弹性管道工程水锤风险评估提供可靠的参考依据。
极值理论是预测稳定河道水力几何形态的重要方法,不同极值理论在不同河床质(砂质、砾质)条件下的适用条件和计算精度差异尚未形成共识,给实际工程的理论选择带来困难。分析对比最大水流效率(MFE)理论、最小弗劳德数(MFN)理论和最大熵与最小能耗率结合(ME & MEDR)理论的计算原理与适用条件。3种极值理论所需参数各异:MFE理论考虑平滩流量、泥沙中值粒径、糙率、比降及水力半径;MFN理论仅需考虑平滩流量和泥沙中值粒径,计算最为简便;ME & MEDR理论复杂程度介于前两者之间,需考虑平滩流量、比降、糙率和稳定边坡。采用351组砂质和砾质稳定河道数据对3种极值理论进行计算验证,并以平均相对误差(MRE)、几何平均偏差(AGD)和相关系数 r 为评估指标进行误差分析。结果表明:对于砂质稳定河道,3种理论均具有较好的计算精度,MFE理论误差略大于另外2种理论;对于砾质稳定河道,MFE理论误差明显增大(河宽MRE=0.59,水深MRE=1.14),而MFN和ME & MEDR理论仍保持较高精度。综合3项评估指标,MFN理论对河宽的计算精度最高(砾质稳定河道MRE=0.23,AGD=1.25),ME & MEDR理论对水深的计算精度最高(砾质稳定河道MRE=0.17,AGD=1.21)。研究明确了不同极值理论的最佳适用范围:砂质稳定河道可综合采用3种理论计算;砾质稳定河道则建议优先采用MFN和ME & MEDR理论,为特定河床质类型的稳定河道水力几何形态计算提供了量化依据。
为研究破碎带地层深基坑开挖对紧邻地铁车站变形响应规律,结合深圳市地铁5号线临近的某破碎带地层深基坑工程,采用理论分析、数值模拟和现场监测等研究手段,对基坑开挖卸荷引起紧邻地铁车站变形展开深入研究。结果表明:考虑基坑开挖空间效应下的土体和围护结构变形协调作用,利用Mindlin 解计算附加应力,确立的车站变形计算公式更准确;通过对计算结果、数值分析和监测数据进行对比分析,显示三者变化趋势一致,说明数值分析方法可为后续的影响因素分析提供可靠依据;采用灰色关联分析法对影响车站变形的各因素进行敏感性分析,得到地连墙惯性矩、覆土厚度以及开挖深度对其关联度较高,依次为0.874、0.816、0.759。研究成果可供类似工程实践提供参考。
针对传统水泥固化法在修复镉(Cd)污染土方面存在效率低、成本高及环境负担重等问题,以赤泥(RM)、高炉矿渣(GGBS)、电石渣(CCR)和磷石膏(PG)四种工业固体废弃物为原材料,构建绿色多组分复合固化体系。为科学优化固化剂配比,分别采用正交试验与响应面法(RSM)进行对比分析。结果表明,RSM优化配比(CCR 13.77%、PG 10%、mRM/mGGBS=0.57)获得的固化土抗压强度为2.12 MPa,Cd2+浸出浓度降至1.57 mg/L,性能优于正交法优化结果(强度1.90 MPa,Cd2+浓度1.71 mg/L)及传统水泥固化组。XRD与SEM-EDS分析表明,多种胶凝产物协同稳定Cd2+,机制包括物理包裹、化学沉淀与离子交换。同时,该固化体系在碳排放与成本方面远优于波特兰水泥,具备广阔的工程应用潜力和可持续性价值。
盐渍土广泛分布于滨海地区,普遍存在结构松散、胶结弱、强度低等工程缺陷。为改善其工程力学特性,构建海藻酸钠(SA)协同微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)复合固化体系。以高产脲酶的巨大芽孢杆菌为菌种,采用乙酸钙-尿素体系作为胶结液,设置SA掺量为0%~6%,并通过碳酸钙生成量测试、无侧限抗压强度(UCS)、劈裂抗拉强度(BTS)试验及粒径分析、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等多尺度手段,系统评估SA协同效应及其固化机制。结果显示,适量SA显著提升CaCO3沉淀效率与空间分布均匀性,其中3%掺量为最佳配置,碳酸钙产量较对照组提升约58%,UCS和BTS分别提高35.2%和194.8%。微观分析表明,SA通过构建Ca2+-SA凝胶网络,增强钙离子局部富集与空间限域诱导作用,促使CaCO3在颗粒间隙中有序沉淀,形成稳定的“晶桥-包裹”胶结结构。XRD结果显示方解石为主要沉淀晶相,结晶度显著提高;粒径分析与SEM观察亦表明固化样结构更致密、颗粒团聚更显著。研究明确了SA-MICP固化盐渍土的协同机制路径,即“微生物生物矿化—高分子限域诱导—晶体桥联胶结”,为MICP技术在高盐地区软土地基处理中的推广应用提供了理论依据与材料优化策略。
防渗墙与心墙是土石坝渗流控制的关键结构,但目前针对防渗墙与心墙界面接触力学行为仍缺乏深入研究。为此,通过自主设计的模型试验装置,采用黏土制备试样,并分别施加100、300、500 kPa上覆压力,基于墙端压力-刺入位移试验数据,建立了双曲线型非线性法向接触模型。该模型描述防渗墙刺入黏土心墙的过程中墙端压力与刺入位移呈现显著非线性特征,并通过不同上覆压力下的试验数据验证了该模型的适用性。同时基于该模型开展了相应的数值模拟分析,有限元计算结果和模型试验结果基本一致,说明了所提双曲线型非线性法向接触模型的有效性。研究成果揭示了防渗墙刺入黏土心墙的力学行为规律,为防渗墙与心墙相互作用分析提供了理论依据,对实际工程中的防渗墙稳定性评估具有重要参考价值。
鉴于现有变形主元(DPC)监控模型未充分考虑水压、温度和时效各分量的数学本质,且DPC监控准则难以实现测点群变形异常协同辨识,提出一种新的监控模型和准则。以变形规律相似的测点群变形为研究对象,建立变形主元监控模型;将自适应调整策略、高斯变异扰动和Tent混沌扰动引入麻雀搜索算法,基于改进的麻雀搜索算法构建参数优化方法;综合考虑偏离弹性状态程度和小概率变形,构建变形主元监控准则;依据工程实例,验证方法有效性。结果表明:改进后的麻雀搜索算法性能更为稳定,收敛速度更快,提升了变形主元监控模型的解释和预测性能;相较于信息熵准则,变形主元监控准则联系了结构特征和运行状态,对异常变形的辨识条件更为严格,且比置信椭球准则便于实际操作。研究成果可为在役高拱坝工程安全监控提高预测性能和延长其使用延命提供理论和技术支持。
变形预测在地质灾害预警与工程结构健康监测中具有重要意义。针对传统模型难以应对监测数据非线性与动态变化的问题,提出一种基于动态加权集成学习(DWEL)的变形预测方法。该方法首先融合长短期记忆神经网络(LSTM)、支撑向量回归(SVR)、随机森林(RF)和XGBoost4种模型为基学习器,基于滑动窗口构建误差历史序列,通过动态权重机制实时调整各模型贡献值,增强预测的适应性与稳定性。然后,融合阶段提出“先加权,再回归”的双层融合机制,实现结构上的“堆叠+反馈”双重优化,进一步提升模型的预测精度与泛化能力。基于实际变形监测数据集的试验结果表明,DWEL模型在均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数R2等指标上均优于单一模型及传统集成方法,预测误差平均降低30%以上,展现出较强的鲁棒性与泛化能力。所提方法为复杂环境下高精度变形预测提供了一种有效的新思路。
针对水网数字化治理中物理拓扑关系与多维水力特征融合不足、多层级路由分析能力有限导致调水决策支撑薄弱的问题,以南水北调工程中线干线北京段及市内配套工程为研究对象,通过知识建模、抽取、融合及存储,构建了融合水网空间拓扑关系与多维水力特征的知识图谱,实现了437个工程实体、149个关系实体及流量、距离等属性特征的一体化语义表达。基于Cypher语言结合水资源调度业务场景,开发“基础拓扑分析-条件约束过滤-多目标优化”三级查询体系,满足多层次调度需求。研究成果对水利领域知识图谱技术应用及数字孪生水网建设有一定参考价值。
湄公河三角洲是世界最重要的生物多样性热点地区之一,分析其形态和海岸线变化对沿岸生态保护、水资源管理和区域可持续发展具有重要意义。基于1988—2023年Landsat卫星影像,采用归一化差异水体指数(NDWI)和最大类间方差法(Otsu)提取湄公河三角洲近35 a的水陆边界,从洲滩面积与数量、岸线长度与变化速率等多维度揭示了其时空演变规律,并探讨三角洲演变成因。结果表明:①三角洲总面积显著增加,而洲滩数量减少;②岸线长度年际变化幅度较大,总长度净增长63.39 km;③河道两岸与河口的岸线变化速率存在差异,岸线净移动距离呈现非对称增长和不连续的特征;④区域岸线演变存在显著空间分异,河口岸线持续向海扩张、金瓯半岛东南部海岸发生侵蚀后退,两类地貌变化与自然和人类活动的长期耦合驱动有关。研究成果可为流域资源管理和海岸带韧性规划提供关键数据支撑。
基于积雪长序列逐日遥感数据集,综合应用趋势诊断和相关分析、空间分析等方法,探析了长江黄河源区积雪时空变化特征及其影响因素。结果表明:①近40 a长江、黄河源区积雪整体呈下降趋势,积雪初日推迟,积雪终日提前,积雪日数变化率分别为0.06、0.27 d/a,积雪深度的变化率分别为-0.031、-0.023 cm/a,积雪面积的变化率分别为-0.056×104、-0.027×104km2/a;②近20 a积雪变化速率明显加快,局部反向趋势增多,空间差异显著;③积雪变化主要受气温升高、降水相态由雪向雨的转变以及植被变化共同驱动。积雪减少将对长江黄河源区水源涵养以及径流量产生重要影响,在未来气候持续变暖影响下积雪持续减少的风险将更为突出,应引起水资源管理和可持续利用的密切关注。
河川基流是径流的重要组成。采用改进加里宁法对直门达水文站实测径流进行基流分割,采用相关分析、交叉小波分析等方法分析河川基流对太平洋年代际振荡(PDO)的响应与相关关系。利用长江源区实测气象数据分析影响河川基流的驱动因素,从大气环流角度解析了PDO对长江源区河川基流的可能作用机制。研究结果表明,PDO对长江源区河川基流的影响较为显著,呈现典型的负相关关系。当PDO处于正位相,长江源区基流处于负距平也就是偏枯的概率较大;当PDO处于负位相,源区基流处于正距平也就是偏丰的概率较大。降水和气温是源区基流变化的主要驱动因素。PDO通过遥相关和大气波列影响,使得青藏高原上空的高压脊和反气旋环流异常的形成,从而导致源区气温、降水等要素发生改变,进而引起长江源区河川基流的改变。
为提高预报精度,通过变分模态分解(VMD)将2000—2019年直门达水文站日径流数据分解为多个不同频率的分量序列,并将各分量序列与同期流域面尺度气象序列(包括日降水量、日平均气温、日最高气温和日最低气温)配对,共同输入LSTM或GRU模型以捕捉时序特征;同时,采用KAN结构替代传统全连接层,以优化模型输出能力。结果显示:相较于基准 LSTM 模型,KAN-LSTM 的 NSE、R2、KGE 指标分别提升0.019、0.024、0.048;KAN-GRU 相对 GRU 亦呈现同等性能提升效果。进一步经VMD分解处理后,VMD-KAN-LSTM模型在NSE、R2和KGE上相较于KAN-LSTM分别提高了0.033、0.029和0.013,VMD-KAN-GRU也表现出类似的改进趋势,且VMD-KAN-LSTM模型性能最优。研究验证了引入KAN和VMD在增强模型对径流变化规律识别方面的有效性,VMD-KAN-LSTM模型为长江源区日径流预测提供了可靠的新方法。
青藏高原及其周缘河源区是黄河、长江、雅鲁藏布江等大河的发源地,对下游水资源调控与生态安全具有重要作用。积雪作为寒区水文循环的重要组成,其累积与消融过程对河流径流、枯水期补给及生态系统稳定具有关键影响。以青藏高原九大河源区为研究对象,基于1979—2020年雪深数据和气象资料,系统分析了九大典型流域积雪初日(SSD)、积雪终日(SED)、积雪天数(SDs)、年均雪深(SD)及最大积雪深度(MSD)的空间分布、年际变化及气候驱动机制。结果显示:高海拔源头区积雪期早、结束晚,雪深大且稳定;低纬或暖区流域积雪期短、间歇性明显,雪深小且易受气温影响。长期趋势表明,大部分区域积雪期有所延长,但奴下中部、嘉玉桥西部及直门达中部等不稳定区域SSD推迟、SED提前,积雪期缩短,呈明显“变暖”信号。SDs的变化与SSD、SED一致,而SD和MSD在几乎所有子流域均下降,部分区域出现“积雪天数延长但雪深下降”的现象,提示积雪持续时间与厚度可能受不同气候因子主控。气候分析表明,降水增加主要延长积雪期,气温升高主要通过加速融雪减少雪深,从而形成不同区域积雪特征的空间异质性。研究结果揭示了青藏高原及周缘河源区积雪特征的空间格局、长期演变及气候驱动机制,为寒区河源区水资源管理与生态保护提供科学依据。
长江源区的高寒湿地对气候变化极为敏感,是研究全球气候变化的重点区域。为揭示长江源高寒湿地水体溶解碳的分布特征,采集长江南源当曲河上游高寒湿地河网和湖塘水体样本,通过测试化验和空间分析探究了总溶解碳、溶解无机碳和溶解有机碳的分布格局。结果表明:当曲河上游高寒湿地内不同类型水体溶解碳含量均以溶解无机碳为主,其中当曲河干流溶解无机碳占比最高,均值达0.800;当曲河上游高寒湿地水体总溶解碳含量均值为49.055 mg/L,溶解无机碳含量均值为34.337 mg/L,当曲河干流水体总溶解碳含量和溶解无机碳含量均整体大于支流,湿地内热融湖塘总溶解碳含量远大于当曲河干支流,最大值达91.922 mg/L;当曲河干流自上游至下游,水溶解碳含量总体呈现累积增大趋势;当曲河上游支流总溶解碳整体大于下游支流,右岸支流整体大于左岸支流;热融湖塘相较于流动的河流,水体溶解碳含量空间差异性相对更大。研究成果可为我国高寒湿地水体碳循环研究提供宝贵的原位监测数据,对高海拔区域气候变化研究具有重要参考价值。
