针对南水北调中线工程受水区水资源供需时空失衡与系统韧性不足的问题,研究旨在量化在线调蓄工程的调控效益,并提炼其多情景适应性调度模式。集成全线23座控制性水库,构建南水北调中线工程多水源均衡配置模型,基于2010—2023年长系列水文数据进行模拟,并对比分析2025年、2030年、2035年水平年有无在线调蓄工程的水资源配置方案。研究表明,在线调蓄工程显著提升供水保障与稳定性,优化供水结构:各水平年受水区缺水率均值分别由8.47%、6.36%、6.29%降至7.28%、5.13%、5.13%;缺水率变异系数(C_v)分别下降了5.5%、7.09%、14.94%,供水波动性显著减弱;地下水供水占比分别下降了0.48%、0.67%、1.61%。在线调蓄工程通过“丰蓄、枯补、平调”的优化调度,有效缓解了水资源供需时空失衡,增强了供水系统应对极端水文事件的韧性,为南水北调中线后续工程规划与区域水网建设提供了科学依据和技术支撑。

为探究长江上游流域基流的演变规律,选取流域内的巴塘站、石鼓站、屏山站、朱沱站、高场站、北碚站、武隆站、寸滩站和万县站共9个典型水文站点作为研究对象,采用数字滤波法对1991—2016年逐日径流数据进行基流分割,利用MK检验法分析基流年际变化趋势,并对基流序列划分不同频率年(特枯水年、枯水年、平水年、丰水年),引入基流指数与基流量等指标量化枯水期和丰水期基流特征。结果表明:基流量年内变化呈单峰型分布特征,峰值多出现在7—9月份,谷值多出现在2—4月份;丰水期基流量年际波动幅度较大(极值比范围为1.24~4.44),枯水期波动幅度较小(极值比范围为1.02~1.27);基流指数年内变化呈先降后升的“M”型变化规律,极小值集中于5—7月份,极大值集中在1—3月份;9个站点枯水期基流指数范围为0.51~0.78,表明枯水期地下水对河道径流贡献率超过50%,是河川径流稳定且重要的补给来源。研究结果可为长江上游流域枯水期生态需水保障与水资源调度提供理论支持。

水库系统供调水决策与入库径流、初始蓄水状态之间呈现的单调递增或递减性(正、负相关性)是水库蓄放水决策的基础数学性质,也是水库优化调度理论研究的重点与难点。以两阶段动态决策建模方法为理论基础,构建了适用于一类单水源多受水区域的跨流域供调水水库系统优化决策模型,推求了水库供水、调水决策与系统、成员水库可利用水量之间的一阶导数关系;并以此为基础,设计了一种有利于降低搜索状态维数的改进动态规划优化方法。湖北省鄂北地区水资源配置工程的研究结果表明,相比传统动态规划计算结果,改进后的动态规划方法能够在显著减少计算量的同时保留较高的计算精度,在一定程度上实现了效率与精度较为理想的均衡效果。

立足于前期相关研究积淀与南水北调中线工程运行实测数据,采用统计分析法、投资乘数、供水效益分摊系数法等方法,对河南省截至2023年的南水北调中线工程经济效益进行评估。结果显示,宏观经济效益方面,河南省南水北调中线工程建设期投资拉动效益达到1 502亿元,运行期供水经济支撑效益达54 935.34亿元;直接供水效益方面,河南省南水北调中线工程城镇供水经济效益累计达1 477.04亿元,南水北调中线工程灌溉供水分摊效益累计达到162.35亿元,南水北调中线工程通水为河南省带来了显著的经济效益。成果可为构建完善的南水北调综合效益评价指标体系、细化评估方法提供技术支撑,同时为促进后续工程高质量发展提供参考。

汾河流域由于区域性缺水及水资源的不合理开采利用,使得水资源承载力面临严重挑战。为了寻求汾河流域水资源的可持续利用途径,以汾河流域多年水资源为研究对象,利用合作博弈组合权重-VIKOR综合评价法对汾河流域历史时期(2013—2023年)的水资源承载力进行评估,采用系统动力模型提出了4种水资源优化利用方案,并对未来时期(2024—2035年)需水量和水资源承载力进行预测。结果表明,汾河流域2013—2023年水资源承载力总体呈现上升趋势,太原市区域于2018年处于较强承载力,晋中市、吕梁市、临汾市和运城市4个区域水资源承载力均处于0.19~0.45之间,属于临界超载和超载状态。现状延续方案供需矛盾突出,属于长期缺水状态,一直处于临界超载状态;水资源节约方案供需差额逐年变小,于2027年达到平衡状态,由临界超载转为较强承载;农业优先方案需、供水量逐年快速增加,于2031年达到平衡,并进入较强承载状态;综合协调发展方案均衡了经济和生态发展,供需差额于2028年达到平衡,水资源承载力快速提升,属于最优方案。以上研究可为流域水资源管理工作提供理论参考。

在全球气候变化和人类活动的双重胁迫下,水资源供需矛盾日益加剧,准确预测区域未来需水量、分析未来区域水资源供需平衡为制定合理的水资源规划策略提供基础理论支持。以南昌市为研究区域,基于多源历史社会经济与气象水文数据,构建耦合共享社会经济路径(SSPs)情景的系统动力学模型,开展南昌市及下辖区县的需水量模拟复演(2000—2023年)与预测(2024—2050年),并从水资源供需平衡的角度分析不同情景下的缺水情况。结果表明:①系统动力学模型能够较好模拟南昌市历史时期的人口、GDP、供水量、需水量等关键变量,其中需水量的平均相对误差为0.55%;②5种不同未来情景下,南昌市需水量均有显著的上升趋势,SSP5情景增速最快,SSP1情景最慢,到2050年,5种情景的总需水量分别为35.74亿、38.30亿、43.61亿、46.82亿、52.18亿m³;③不同情景下,生产需水和生态需水有显著的增加趋势,生活需水除SSP2、SSP3外,其他情景有下降趋势,生产需水占主导地位,所有情景下占总需水比例>84%;④从需水的空间分布看,主城区的需水量最大,超过其他区县需水的总和,SSP1情景下主城区未来平均需水量为20.85亿m³;⑤供需平衡分析显示,南昌市未来时期仅2026年后SSP1情景不存在缺水情况,到2050年SSP5情景缺水量达8.40亿m³。研究成果可为区域水资源优化配置和适应性管理提供科学依据。

平原地区地形平坦、水流方向模糊,导致传统基于数字高程模型(DEM)的河网提取方法存在显著精度局限。针对这一技术难题,提出了一种融合DEM高程扰动增强与水文测站地理信息校正的河网提取方法。首先,通过平原地形识别、高程扰动增强和填洼等预处理优化原始DEM数据;随后,结合水文测站的空间分布信息,对生成的河网进行流向与结构优化。对比试验表明:①高程扰动增强可提升干流和支流识别准确度及河网连续性;②通过测站的引入,能够有效校正河道位置与拓扑结构,且站点数量对河网提取精度影响显著;③与传统方法相比,提出的方法在套合差指标上表现出显著优势,河网提取精度提升明显。研究验证了该方法的有效性和实用价值,为平原地区河网精准提取提供了可靠的技术方案。

某特大型水电站是大型河流下游梯级开发的核心枢纽,研究其运行调度与坝下水位响应机制,对保障下游航运安全与生态保护具有重要意义。基于2023年坝下断面逐小时流量与水位观测数据,采用Morlet小波分析等统计分析方法,系统揭示了电站泄流与坝下水位变幅的时空响应机制。研究表明:①坝下主控断面水位变幅呈现显著时空分异特征,主汛期(7—8月份)受防洪调度与日调节双重驱动,水位日变幅峰值达10.94 m,时变幅峰值达3.92 m,较下游参照断面(常年回水区)高6~19倍;②流量日变幅与水位日变幅呈显著线性正相关(R²=0.833 9),流量年增加1 000 m³/s对应水位平均上涨约2 m;③流量时变幅每800 m³/s波动可引发1 m瞬时水位波动。研究提出通过控制流量变幅≤800 m³/h可将水位波动限制在[-1,1]m阈值内,为梯级水电站协同调度与下游综合风险评估提供基础支撑。

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。