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。

2024年受梅雨期集中强降雨影响，新安江水库发生建库以来入库洪量最大的洪水，最大5 d和7 d洪量重现期达到50 a一遇。基于实战预报调度过程开展复盘分析，融合多源多模态气象降雨预报成果，分析历史典型洪水雨强特征，按最不利、中等和有利等不同条件分时段配置预报降雨时序，在延长预见期的同时降低降雨不确定性；应用新安江三水源模型构建全流域河系洪水预报，耦合水库调度形成一体化计算模型方案，依据雨情工情逐小时滚动预报，考虑水库最高水位、下游安全流量和干流洪水错峰调度等目标，通过正反迭代试算模拟215套预报调度成果，支撑10轮开关闸决策研判。复盘对比2024年和2020年2场大洪水，2024年降雨量和洪量均超过2020年，但2024年预报更精细、调度更早更主动、和兰江错峰更精准，可见水库预报调度一体化模型可有效支撑多目标调度风险控制，实现无重大灾情险情和无人员伤亡的“双零”系统性目标。本研究全过程总结复盘充分说明动态精准预报是科学调度的关键，多方案比对研判是精细调度的依据，“早动快动小动”有利于全流域防洪减灾。

干旱概率研究对于旱灾风险管理具有重要意义。选取广西18个气象站点1960—2020年的降水数据，通过标准化降水指数计算季尺度干旱等级阈值，利用GAMLSS模型确定季尺度降水的最优概率分布函数，利用Copula函数和平方欧氏距离构建二维联合概率分布，分析了广西季尺度气象干旱的时空分布及概率特征。研究结果表明：广西春季标准化降水指数（SPI）缓慢下降，干旱频率呈上升趋势，夏、秋、冬3季的SPI缓慢上升，干旱频率呈下降趋势。在春夏、夏秋、秋冬、冬春4个连续季节中，冬春发生连续干旱、中旱、重旱、特旱的概率较高，范围更广，主要分布在桂南沿海、桂中、桂东北等地；发生连季重旱和特旱概率较高的地区分布在柳州、来宾、钦州、百色等地，其中春夏季柳州的概率最高，分别为7.1%、3.9%。

长江中游城市群是我国中部崛起战略的重要区域，密集人口和高度工业化导致水资源供需矛盾突出。基于湖北、湖南、江西三省多年统计数据，采用模糊层次分析法计算指标权重，运用集对分析方法计算区域水资源承载力系统与承载等级之间的联系数来评价区域水资源承载力，并通过标准差椭圆分析区域水资源承载力分布格局与演化轨迹。结果表明：①长江中游城市群水资源承载力联系数呈逐年上升趋势，均值总体提升0.20，表明区域水资源承载力有所提升；②城市水资源配置和污染治理持续优化，万元GDP用水量和城市污水处理率联系数提升>0.70；③长江中游北部城市水资源承载力较差，标准差椭圆重心由东向西北部移动，区域水资源承载力空间均衡性不断提高。研究成果可为长江中游地区水资源优化配置与区域协调治理提供科学依据和决策参考。

基于1980—2023年天津市13个气象站逐日降水资料，采用Mann-Kendall趋势检验、Sen’s斜率估计、降水集中度（PCD）、降水集中期（PCP）及Copula 联合分布方法，系统分析了天津市降水的季节变化特征、空间分布格局及降水集中性特征。结果表明：天津市降水具有显著的季节不均匀性，夏季降水高度集中，占年降水量70%以上，且呈显著上升趋势，是研究区降水变化的主导季节；多年平均降水量在空间上呈现稳定的“北高南低”分布格局，在年代尺度上整体表现为波动下降；PCD空间分异较弱，而PCP主要集中于7月中旬至下旬，呈现“西早东晚”的空间梯度特征，两者在年际尺度上波动明显，但长期变化相对稳定；Copula联合分析表明，PCD与PCP存在显著的联合变化特征，50 a一遇情景下表现为高PCD与主汛期PCP的同步异常。研究结果可为区域极端降水风险评估及防洪减灾提供科学依据。

需水预测是区域水资源开发利用中的关键环节，鉴于江苏省需水影响因素涉及范围广、样本系列值少、需水波动幅度大等特点，提出了一种粒子群优化与正态区间估计联合优化的KS-PSO-BP耦合神经网络模型，模型使用主成分分析法与灰色关联分析法筛选需水影响因子，加入粒子群优化算法优化BP神经网络，通过引入K-S正态检验与正态区间估计，构建KS-PSO-BP神经网络需水预测模型，并对江苏省需水量进行模拟预测。结果表明：PSO-BP神经网络在预测结果相对误差上优于BP神经网络，对江苏省2021—2023年进行需水预测时，PSO-BP神经网络预测相对误差区间分别为-1.55%~1.14%、-1.65%~1.23%、-1.64%~1.18%，基于KS-PSO-BP耦合神经网络模型预测相对误差区间分别为-0.23%~0.09%、-0.28%~0.01%、-0.28%~0.02%，可见基于KS-PSO-BP耦合神经网络模型极大缩小了误差区间，模型预测结果更稳定、更准确，与江苏省实际用水状况更接近，该模型可作为江苏省需水预测的一种方法。

金沙江下游梯级电站的建设抬升了河段水位，释放了河段的通航潜力。但电站日调节产生的非恒定流在下游河道传播中，使得坝下游水位波动频繁，传播特性复杂。为揭示水位波动驱动机制与传播特性，以乌东德坝下游约40 km河段为研究对象，通过原型观测等方法，系统研究河段水位变幅的时空分布规律及影响因素。结果表明：①坝下游水位波动呈现“非恒定流-库水位顶托”双向耦合驱动机制。②波动传播呈现“三阶段衰减”特性，近坝区（0~15 km）水位变幅衰减梯度最大；过渡区（15~35 km）因库水位顶托与流量波非线性叠加，衰减率波动性增强；远坝区（>35 km）完全受白鹤滩库水位控制，变幅趋于稳定。③白鹤滩库水位每下降10 m，非恒定流波峰传播距离平均增加2.3 km（R²=0.96），反映出下游反调节水库的削峰效应。④基于波动强度分区研究，提出“时空错峰”管理策略，建议通过航运区域动态管控、通航时段优化配置，将通航水域水位变幅控制在1 m/h的安全阈值内。

在气候变化与高强度人类活动交互作用下,吉泰盆地水文干旱演变机制呈现显著阶段性差异。基于1959—2023年数据,通过Pettitt检验划分基准期、过渡期和变化期,结合改进的两参数月水量平衡模型,剖析不同阶段干旱特征及多种驱动要素的差异化影响。结果表明:蜀水、乌江、同江典型流域在1980年、2008年前后产流机制发生转折,径流系数α 在过渡期显著增加后,变化期回落。过渡期干旱烈度和历时较基准期明显下降,变化期则反弹,3个典型流域平均干旱烈度较过渡期分别增加46.2%、26.9%和25.9%。夏秋高温少雨是吉泰盆地水文干旱的重要驱动因素,其与干旱烈度的敏感性较强,期间降水每减少10%,干旱烈度值增加0.14~0.23,存在边际递减效应。然而,与基准期相比,变化期人类活动影响占主导作用,其导致径流深和干旱烈度变化幅度超过气候变化因素。研究构建的多阶段驱动因子量化方法,揭示了不同要素对水文干旱烈度的非线性调控作用,可为吉泰盆地干旱预警及长期趋势预测提供参考。

金沙江下游梯级水库群(简称“金下梯级”)的运行显著改变了三峡水库入库洪水特征,对现有防洪调度适配性提出新要求。厘清入库洪水的演变规律及其对库区洪峰传播的影响,是优化防洪调度、保障水库安全的关键。然而,现有聚焦三峡入库洪水特性的变化研究相对较少,同时库区内洪峰传播影响因素多集中于洪峰流量和坝前水位,忽略了洪水时间尺度的差异对库区内洪峰传播的影响。基于2003—2020年三峡水库实测水文及地形数据,采用数理统计与一维水流数学模型结合的方法,研究了金下梯级蓄水前后三峡入库洪水特性变化及库区洪峰传播规律。结果表明,金下梯级运行可显著削减入库洪峰,且对洪水过程的坦化效应使得洪水历时显著延长。洪峰流量低、洪涨历时长、洪落历时短、坝前水位高时,洪峰传播速度更快。研究成果可为长江上游梯级水库群的精细化防洪调度和长江洪水风险管理提供科学支撑。

汉江流域是南水北调中线工程的核心水源区,其径流变化对供水安全与区域可持续发展具有重要意义。为探究汉江流域径流时空分布特点及气候变化与人类活动对汉江上、中、下游径流演变的影响程度,采用线性倾向估计法、滑动平均法、R/S分析法、累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法、滑动t检验法等统计方法辨识水文要素演变规律,基于分布式新安江模型模拟并还原天然径流,定量与定性分析气候变化与人类活动对径流演变的影响。结果表明:1959—2019年汉江上游降水量总体呈下降趋势,变化率为-0.59 mm/a,中、下游降水总体呈上升趋势,变化率分别为0.24、0.05 mm/a;上中下游气温相差不大;径流量年际变化大,在1990年发生突变,下游仙桃站径流的下降幅度明显大于中游黄家港站和上游石泉站。气候变化使石泉站径流深减少75.97 mm,贡献率为59.98%;人类活动使黄家港站、仙桃站径流深分别减少83.32、78.45 mm,贡献率分别为54.89%、77.20%。人类活动对径流演变的影响逐渐增强,越靠近下游,影响越显著。研究成果可为汉江流域水资源开发利用、流域规划发展提供参考。

为获取更精准的三峡水库水位预测结果,构建了基于深度学习的15 min时间尺度的坝前水位超短期预测模型,对比不同模型在不同条件下的水位预测结果,分析模型设置对预测效果的影响。结果表明:在任何模型输入条件下,采用LSTM神经网络构建的水位预测模型比采用RNN神经网络构建的模型具有更好的水位预测效果,其预测的平均绝对误差(MAE)分别为3.58~4.40、4.45~6.02 cm;基于LSTM构建的水位预测模型均能取得较好的水位预测效果,其中综合考虑动库容、区间降雨影响的水位预测模型的效果最好,其MAE和最大绝对误差(MaxAE)分别为3.58 cm和56.99 cm;在基准预测模型的基础上,库区水位使得模型能够更好地考虑到动库容的影响,区间降雨能够提供更精确的入库水量信息,从而使得MAE降低18.64%。

长江口作为上海市主要水源地,取水安全常受咸潮入侵威胁。为探究保障取水有效举措,应用MIKE21软件构建了长江口二维水盐耦合数值模型,结合实例设计了双因素梯级补水方案,通过对比不同补水策略下的环境响应变化量,对压咸效益进行综合评估。结果表明:梯级补水方案下,北港等盐度线向外海后退约为3.04~3.18 km/(10³ m³/s),南港约为3.5~3.84 km/(10³ m³/s),陈行、青草沙水库水体盐度存在递减规律,衰减率大致为0.06‰/(10³ m³/s) 和0.1‰/(10³ m³/s),且与补水流量基本呈线性相关;可取水窗口期时长与补水时长趋于非线性关系,表现出一定的边际效益,模拟结果显示补水流量在9 900 m³/s水平下,维持13 d有望获得较优的取水效益;长江口杭州湾登陆台风倾向于对北港及青草沙水库补水效应产生显著干扰。该研究成果可为枯季极端工况下补水调度决策提供技术支撑。

青藏高原地区被称为气候变化的“敏感区”以及全球气候变化的“驱动器”和“放大器”,其地表水体作为冻土退化的敏感指示因子有着重要研究意义。研究利用1995—2024年Landsat5/8卫星遥感影像,采用年平均地温反演经验模型和NDWI水体指数阈值法,对多年冻土区在退化状态下地表水体演变的时空特征及其与气候变化的响应关系进行了探究。结果表明:研究区内多年冻土区和季节冻土区面积占比分别为63%和37%,根据验证反演精度达88.1%。1995—2024年,研究区水体数量增长40%(≤0.01 km²水体贡献为主),面积增长29%((1,100]km²水体贡献为主);多年冻土区水体数量增加85%(≤0.01 km²水体为主),面积增幅28%;季节冻土区水体数量增长16%,面积增长28%((1,100]km²水体驱动)。研究区水体增加的主导因素是气温升高,降水在多数情况下不是主要驱动因素,且多年冻土区水体对气候的响应更加敏感。研究可为理解全球变暖下高原冻土区水资源和环境变化提供新的案例和数据支撑。

基于丹江流域2个水文站2005—2021年的实测数据构建SWAT水文模型,使用6个全球气候模式(GCMs)在3种共享社会经济路径(SSPs)下的气象数据驱动模型。研究时段分为基准期(1963—2022年)和3个未来时期(2025—2050年、2051—2075年、2076—2100年),模拟未来气候变化情景并分析流域未来径流变化。结果表明:①SWAT模型在径流模拟中表现优异,校正后降水、最高和最低气温的相关系数分别达0.72、0.85和0.89。②2025—2100年流域气温呈显著上升趋势,降水呈波动上升趋势;SSP5-8.5情景下末期升温幅度可达7.11 ℃,为SSP1-2.6情景的2.72倍;SSP1-2.6情景下可能出现最大降水增幅,达11.63%。③流域年均径流呈现由近期减少转向远期增加趋势,碳排放增加使径流突变和显著增加时间延后;年内变化表现为春冬季显著增加、夏秋季减少;空间上径流增加主要集中于流域下游;研究成果可为丹江流域水资源科学管理和决策提供依据。

为科学认识和评价长江流域生活、生态、生产(“三生”)用水均衡性,从水土空间匹配和人均用水差异角度,采用基尼系数和洛伦兹不对称系数分析用水不均衡性及不均衡性来源,进一步采用匹配度指标分析用水量与区域面积、人口的匹配程度。研究结果表明:长江流域“三生”用水和总用水空间分布基尼系数分别为0.42、0.53、0.51和0.49,用水空间分布不均衡;人均用水基尼系数分别为0.10、0.37、0.25和0.21,人均用水比较均衡;长江流域用水量与区域面积、人口匹配度较高。研究结果可为水资源合理利用、实现人水和谐提供重要支撑。

滇西高原跨境河流水文演变研究对区域水资源管理具有重要意义。基于1956—2016年西南诸河三大水系(澜沧江、怒江、伊洛瓦底江)的降水与水资源数据,采用Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析等方法,深入剖析研究区水文演变规律和多尺度周期特性。结果显示:①研究区产水模数达78.83×10⁴ m³/km²,水资源量均呈下降趋势,其中伊洛瓦底江衰减速率(-0.175×10⁸ m³/a)显著高于澜沧江(-0.024×10⁸ m³/a);②在区域尺度识别出24 a的水文变化主周期,2016年处于该周期低频末期,结合相位外推预测未来水量可能持续偏少;③发现澜沧江存在7~12 a的次周期振荡,区别于怒江和伊洛瓦底江的单周期主导模式;④降水量与水资源量相关性显著(R²>0.75),但澜沧江因特殊下垫面条件呈现不同步特征。系统分析量化了三江水系水文演变的空间分异特征,建立了基于多尺度周期分析的水量预测方法,为西南跨境河流水资源管理提供了新的科学依据。