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精准预测瓮安县老虎洞磷矿矿坑涌水量是深部安全开采的核心前提.在系统分析矿区气象、水文、构造及含水层-隔水层组合特征的基础上,依托群孔抽水试验、邻矿长期排水实测数据及钻孔渗透系数试验成果,分别采用水文地质比拟法、相关外推法、解析大井法对700 m中段进行涌水量预测,并以大井法单独预测400 m中段.结果表明:700 m中段三种方法所得正常涌水量为19 729～22 778 m³/d,均值20 854 m³/d;最大涌水量27 226～31 434 m³/d,均值2 8611 m³/d,各方法计算结果相对误差小于15%,预测可信度较高;400 m中段因勘查深度不足,仅采用大井法获得正常涌水量13 799 m³/d,最大19 043 m³/d,预测精度有待深部补充勘查工程验证校正;综合对比三种方法适用条件与数据完备性,相关外推法、大井法依托充足现场试验数据、边界条件刻画贴合实际,计算可靠性显著优于水文地质比拟法.最终推荐700 m中段正常涌水量20 854 m³/d、最大涌水量28 611 m³/d,400 m中段正常涌水量13 799 m³/d、最大涌水量19 043 m³/d,可为矿区深部开采排水系统设计、地下水灾害防控提供可靠定量依据.
矿坑涌水量水文地质比拟法相关外推法解析法承压岩溶水
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针对象泉河流域高寒干旱、水文站点稀缺、实测资料匮乏、冻融融雪产流难以精准模拟的问题,为补齐径流序列、支撑区域水利规划,文章构建分高程带优化融雪模块的改进 HBV 模型(创新:海拔分层校正积雪消融、增设冻土封冻与冰川融水参数).依托 2008-2023 年格点气象与札达站实测月径流数据,采用差分进化算法自动率参,以 NSE、KGE 开展精度检验.结果显示,率定期 NSE=0.67,KGE=0.73;验证期 NSE=0.62、KGE=0.77,改进模型可精准还原春融雪、夏降雨、秋冬基流的季节径流规律.研究成果可为青藏高原同类缺资料高寒流域水资源管理、水利工程设计提供技术参考.
HBV模型高寒无资料地区径流模拟分高程带象泉河
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为明晰人工运河与天然河道的水生态分异特征,支撑蓝藻差异化防控,文章系统检索并整合了国内外相关研究文献,并从水动力、生态系统、营养盐、水文气象、污染防控 5 个维度系统对比两类水体差异.结果表明,人工运河水力交换弱、生物多样性低、营养盐循环单一、极端水文缓冲能力差、污染负荷集中;其蓝藻调控能力、生物控藻效能及水生态承载力显著低于天然河道,蓝藻暴发频率与防控难度远高于天然河道.研究证实人工干预强度与水文连通性是驱动两类水体分异的核心因子,可为人工运河生态修复、天然河道保护及蓝藻差异化管控提供理论支撑.
人工运河天然河道蓝藻防控水文连通性营养盐循环
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泥沙输移是长江流域工程建设与水土资源保护利用中的关键科学问题.本文基于 1960-2024年长江流域干支流 13个水文站输沙量及 175个气象站降雨观测资料,采用 Mann-Kendall检验、有序聚类及双累积曲线等方法,研究长江流域泥沙时空演变及其驱动因素.结果表明:①长江干流年输沙量呈显著下降趋势(P<0.01),向家坝站输沙量于 2010年发生突变,其余各站突变点均出现在 2001年,突变后输沙量降幅达 67.76%～90.04%.②2001年后,8条主要支流的输沙模数普遍锐减,其中汉江、沅江降幅超过 80%,显著改变了干流沿程的泥沙冲淤格局;寸滩—宜昌段由冲刷转为淤积,宜昌—汉口段由淤积转为冲刷.③降雨对输沙量增加的潜在贡献约为 5%,但被强烈的人类活动所抵消;梯级水库群的拦截作用与水土保持工程实施是导致长江干支流输沙量锐减的主要驱动因素.
输沙量时空演变水库建设水土保持长江流域
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全球变暖背景下,区域气候变化加剧,高温、干旱和强降水等极端气候事件频发,改变了流域水文过程,并进一步增加径流变化的不确定性.揭示极端气候变化与径流响应之间的关系,对系统性认识内陆河流域水文响应机制具有重要意义.本研究以石羊河流域为研究对象,基于1960-2021 年气象数据及8 个水文站点径流资料,选取极端最高气温(TXx)、极端最低气温(TNx)、夏日日数(SU)、热夜日数(TR)、霜冻日数(FD)、连续有雨日数(CWD)、连续无雨日数(CDD)、日最大降水量(Rx1day)、强降水量(R95p)和降水强度(SDII)10 个极端气候指数,结合标准化径流指数(SRI),采用 M-K 趋势检验、Pettitt 突变检验和 Morlet 小波分析,系统分析极端气候变化特征、径流演变规律及其多时间尺度响应关系.试验结果表明,石羊河流域气温和降水量均呈极显著增加趋势,变化速率分别为0.375℃/(10a)和13.4 mm/(10a),流域整体表现出暖湿化特征.TXx、TNx、SU 和 TR 均显著增加,FD显著减少;Rx1day、R95p 和 SDII 显著增加,而 CWD 和 CDD 变化不显著.不同水文站点 SRI 变化存在明显空间分异,西大河水库、金川峡和沙沟寺上游站点呈显著增加趋势,南营水库、杂木寺和黄羊河水库变化不显著,下游的蔡旗站点呈极显著下降趋势.突变检验结果表明,上游部分站点主要在20 世纪 80 年代至 21 世纪初出现偏丰突变,而蔡旗站约在1979 年发生显著减少突变.蔡旗站与气候因子的关系具有明显阶段性和尺度依赖性,主要集中在2～8a 和8～16a 周期尺度,其中,SRI 与降水及极端降水强度类指标的相干关系强于气温类指数.研究结果可为干旱内陆河流域水文变化认识及水资源适应性管理提供科学依据.
极端气候标准化径流指数小波分析内陆河流域
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为探究不同机器学习模型在月径流模拟中的适用性与模拟效果,本文以大汶河流域为研究区域,通过Mann-Kendall检验和Sen's slope方法分析了1961-2019年水文气象要素的变化趋势、突变特征和相关关系,构建了基于卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)和Transformer的月尺度径流模拟模型,并系统对比了三种模型的模拟效果.结果表明:研究时段内流域降水和径流均呈现出不显著下降趋势,气温显著上升,蒸散发、气压和日照时长显著下降;其中,降水发生多次突变,年际变化较大;径流在1966年和2013年发生两次突变,受人类活动影响较大;在月径流的模拟中Transformer表现最佳,测试期NSE和R分别达到0.74和0.87;此外,Transformer具备较强的稳定性与泛化能力,能够在人类活动干扰背景下有效提取不同时期气象要素与径流之间的内在一致性关系,从而实现径流过程的精确模拟.
径流模拟机器学习大汶河流域气候变化
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为探究长江流域不同城市区域降雨径流污染的关键驱动因素,以长江流域18 个主要城市为研究对象,基于658 组路面降雨径流监测数据,采用层次聚类法将城市降雨径流污染划分为3 个特征组;分别构建 XGBoost、随机森林(RF)和支持向量回归(SVR)模型对径流水质指数(RQI)进行预测,并结合SHAP 可解释性分析方法,系统解析降雨特征、水文气象、社会经济等多重因素对径流污染的协同驱动机制.结果表明,经贝叶斯优化后,三组模型在测试集上的 R2 最高分别达0.40、0.53 和0.40.不同特征组的污染驱动因素存在显著差异,并呈现明显的阈值效应:第一类的主要驱动因素为场次降雨量、人均 GDP 和建成区绿化覆盖率;第二类的主要驱动因素为人均 GDP、工业区特征和降雨历时;第三类则主要受人均 GDP、年平均降雨量和年平均气温驱动.研究从流域尺度量化了城市径流污染的多因素贡献,为长江大保护背景下精准化治理提供了科学依据.
降雨径流污染机器学习SHAP可解释性分析关键驱动因素
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塔什库尔干河谷流域作为高寒山区典型代表流域,其降水是影响帕米尔高原东部水文循环和水资源变化的关键因素,但目前对其降水年际异常变化及水汽输送路径定量特征认识不足.因此,以气象观测资料、GDAS、ERA5再分析数据为基础,分析2013-2023年降水年际异常变化特征,采用HYSPLIT拉格朗日后向轨迹模型进行水汽输送路径定量模拟,并结合欧拉方法研究水汽通量和风场特征,定量揭示塔什库尔干河谷流域水汽输送路径特征,探讨降水异常年的水汽输送成因,结果表明:(1)在平均态上,降水的水汽主要来源于西风带输送,其中大西洋水汽占比14.41%,地中海一带水汽占比39.13%,陆源水汽占比46.46%.(2)从冷季到暖季,西风带上的水汽通道由南到北逐渐北移,西风带海源水汽占比逐渐减小,局地循环水汽补充逐渐增加;夏季有来自印度洋的水汽绕过青藏高原到达塔什库尔干河谷.(3)塔什库尔干河谷流域有效降水与西风带水汽通道稳定性呈显著正相关.降水异常多年的西风带南压,水汽通道稳定且集中;降水异常少年西风带波动加剧,水汽通道分散且较短,难以形成持续水汽通路.研究成果揭示了塔什库尔干河谷降水年际异常的水汽输送特征及其原因,为理解降水异常机理及预报预测提供科学依据.
塔什库尔干河谷降水异常水汽输送特征HYSPLIT大气降水
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[目的]构建黑河中游土壤盐渍化易发风险预测模型,揭示多层级驱动下的盐渍化形成机制,为区域盐渍化精准防控提供量化支撑.[方法]将压力—状态—响应(PSR)模型与随机森林算法耦合,引入区域机理修正构建预测模型,收集气象、水文、土壤类共14项影响因子搭建三级评价体系,经区域背景值修正指标权重后划分风险等级,通过实地采样验证模型精度.[结果]研究区盐渍化风险评价体系中,压力、状态、响应层权重分别为51.3%,34.9%,12.9%,核心驱动因子为蒸散量、农田灌溉用水量、地下水位埋深,工程措施抑盐效果优于农业措施;盐渍化风险呈南低北高、沿水系与低洼区汇聚的分布特征,极高风险区占研究区总面积11.4%;模型整体准确率达87%,Kappa系数0.8,预测可靠性良好.[结论]本模型实现了自然驱动—人为压力—治理响应的系统动态关联,突破了传统机理模型的局限,可为西北干旱半干旱区土壤盐渍化防控提供量化框架,为黑河中游土地退化防治提供科学参考.
黑河中游土壤盐渍化PSR模型随机森林风险预测
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在西北高寒干旱山区,山洪对交通基础设施与社会经济发展安全的威胁尤为突出.近年来在全球变暖与环流异常背景下,西北地区短历时强降水增多,强降水触发型山洪呈频发态势,但祁连山高寒干旱区小流域的发生机制与阈值特征研究仍相对匮乏.2025年7月11日,位于祁连山中部的黑河流域上游摆浪河流域发生强降水,诱发山洪,造成省道313线及国道213线局部塌方、落石和路基冲毁,对交通线路造成严重影响.本研究基于分钟级气象、水文实地观测数据与ERA5再分析资料,从极端水文过程、山洪识别及归因、降水—洪峰响应滞时及天气学成因等方面,运用统计学方法展开分析.结果表明:(1)本次极端水文过程表现出显著洪水行为特征,流域最大降水强度达13.8 mm·h-1,汇流处洪峰流量瞬时激增至33.9 m3·s-1,汇流处及西岔水文站点洪水行为特征表现为低强度流量,峰现时间早,过程线呈现典型的"急涨缓退"形态,洪量集中,洪水形态偏尖瘦型;(2)短时强降水是本次山洪暴发的主导驱动因子,前期较高的土壤含水量有利于快速产流,冰川消融偏强对洪峰形成起到了放大作用;(3)流域水文响应极为迅速,降水质心至洪峰出现的滞后时间仅为3.5～4.5 h,体现了高寒山区小流域对极端降水的高度敏感性;(4)此次短时强降水过程由西风槽东移与副热带高压西伸北抬形成的特定环流配置所致,源自东海的暖湿水汽输送至祁连山北麓,在地形强迫抬升与"低层辐合、高层辐散"的动力抽吸共同作用下,触发了本次短时强降水.本文在事件尺度上初步识别了祁连山高寒小流域"短时强降水主导-冰冻圈背景放大"的致洪特征,并提出了基于本次典型事件的降水触发阈值与预警时间窗口.厘清此次山洪灾害的发生机理,可有效服务于未来的预警管控.
山洪响应滞时洪灾阈值短时强降水统计分析摆浪河
