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水科学进展

水科学进展

2026年01期

《水科学进展》是以水为论述主题、以推动水科学技术进步为办刊宗旨的学术期刊，水利部主管，南京水利科学研究院和中国水利学会主办，主编为水文学家张建云院士。

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论著 | 立体水网理论内涵、功能特征及技术框架

论著 | 立体水网理论内涵、功能特征及技术框架

摘要：面向国家水网建设的重大战略需求，构建更加安全、韧性与现代化的水网体系对提升国家水安全保障能力具有重要意义。本文系统梳理中国水网建设的发展历程，总结不同阶段特征与主要成就。在此基础上，提出应加快构建适应新时期要求的水网体系，并明确界定“立体水网"的概念内涵，阐释其“点-线-面-体"多维耦合结构与多功能协同机制。融合水循环理论、多维协同学理论、风险防控理论及生态系统服务理论，本文构建了适用于立体水网规划、建设与管理的系统化理论框架。在工程实践层面，进一步提出涵盖水流全过程模拟、系统优化组网、多目标配置调度和智慧化运维管理等关键技术的突破方向。研究成果对构建现代化水网体系具有重要的实践意义。
论著 | 气候变化和人类活动对中国陆地水储量变化的作用机制

论著 | 气候变化和人类活动对中国陆地水储量变化的作用机制

摘要：为揭示气候变化与人类活动对中国陆地水储量异常的相对贡献，构建融合GRACE/GRACE-FO卫星数据、多源气候因子与改进水量平衡模型的综合评估框架。通过机器学习方法填补2017—2018年数据缺口，引人改进的梯度提升机模型结合降水、气温与蒸散发等因子重构气候驱动型陆地水储量异常，在中国九大流域均表现出较高的拟合精度（相关系数均超过0.9)。结果表明：2005—2020年全国陆地水储量整体呈下降趋势，海河 (-14.64mm) 和淮河(-11.74mm)a 流域下降最显著，长江与珠江流域则表现为上升趋势；贡献率分析发现，干旱与半干旱区人类活动的影响持续增强，黄河流域在2017年已达到近 90% ，而湿润区主要受气候变化驱动。研究结果可为识别关键影响因素与支撑区域水资源管理提供量化依据。
论著 | 南水北调中线工程对京津冀水量平衡的影响

论著 | 南水北调中线工程对京津冀水量平衡的影响

摘要：南水北调中线工程通水对京津冀用水格局和水循环结构影响深远。为量化其对京津冀地区水量平衡的影响，通过构建适用于复杂渠系水网的地表-地下水耦合模拟模型MODCYCLE，并对2005—2014年（调水前）与2015—2019年(调水后)2个时段的水循环通量与水资源蓄量演变特征开展模拟分析。结果表明：中线调水有效缓解了区域水资源亏缺的状态，使京津冀地区年均水资源亏损量减少约27.0亿 m³ ，其中，浅层地下水年均少亏损18.6亿 m³ ，修复效果显著；地表水和深层地下水亦有所改善；但全区水资源依旧处于长期亏缺状态。调水工程在当前和未来京津冀地区的水资源配置中具有关键作用，但需统筹节水、压采等综合措施，以实现地下水系统的持续修复。
论著 | 三峡水库建库前后下游区域水平衡评价与适应性调控

论著 | 三峡水库建库前后下游区域水平衡评价与适应性调控

摘要：本研究旨在分析三峡水库运行对下游区域水平衡的影响，提出协调工程调度与区域需求的适应性调控依据。针对社会经济用水(农业、工业、生活)与自然系统(降水、蒸发、径流)衡算的数据衔接难题，融合气象水文观测、水资源公报及多源数据产品，通过时空插补计算兼顾2类组分的水资源平衡指标。结果表明：建库前水资源平衡指标非显著下降，建库后显著上升，且年内集中指数均值下降，反映水库削峰补枯调度影响；基于指标阈值提出三级调控方案，中、低流量方案更适配防洪-供水协同，高流量方案侧重生态基流但需权衡蓄能损失；研究提出的调控方案考虑了水利工程运行与区域水资源系统的交互机制，可为优化水库调度策略、协调区域发展需求提供科学参考。
论著 | 长江流域蒸发水汽去向及其对降水的贡献

论著 | 长江流域蒸发水汽去向及其对降水的贡献

摘要：长江流域地处东亚季风的关键路径，蒸发强度大且水汽输送活跃，但蒸发水汽去向及其对下风区降水的贡献尚不明确。本文利用ERA5气象数据、CN05.1与GPCPV3.2降水融合数据、GLEAM与OAFlux蒸发融合数据驱动WAM-2layers模型，追踪1984—2022年长江全流域、上游及中下游区域蒸发水汽去向，并量化其对下风区降水的贡献。结果表明：长江流域蒸发水汽主要对流域内部、流域东北方向的亚洲大陆及周边海洋、太平洋北部产生降水贡献；长江全流域、长江上游和长江中下游的降水再循环率分别为 12.18% 、 14.72% 和 5.81% ；长江流域对下风向降水的影响呈现明显的季节性规律，春夏贡献量增加且影响范围扩张，秋冬贡献量减少且影响范围收缩；长江流域蒸发水汽在长江源、长江下游和东海、北太平洋西部部分地区的降水贡献呈显著增长趋势，而在传输路径和落区范围上，长江流域的降水贡献具有较高的年际稳定性。
论著 | 东北黑土区春季融雪对土壤水的影响及其对气候变化的响应

论著 | 东北黑土区春季融雪对土壤水的影响及其对气候变化的响应

摘要：春季融雪是高纬度地区土壤水的关键补给源，在气候变化背景下该补给过程不确定性加剧。基于此，本文以中国东北黑土区为研究对象，结合 SWAT模型与CMIP6气候模式，模拟未来4种气候变化情景下（SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)的水文过程，采用PLS-SEM定量评估春季融雪量对土壤含水量的影响机制。结果表明： ① 4种情景下春季融雪量整体减少 0～30mm 。 ② 2061—2100年，各情景土壤含水量随排放情景增强分别减少 5% 、 7% 、12% 和 12% ；空间差异显著，高海拔山区显著减少，而部分东北平原因降雨增多抵消了融雪减少的负面影响，土壤含水量反而增加。 ③ 基准期融雪量对土壤含水量的直接路径系数(0.396)高于降雨(0.247)，在未来情景下融雪量对土壤含水量的直接路径系数减弱了 24% ，降雨的直接路径系数增强了 42% ，降雨成为主导因子。本研究可为寒区水资源适应性调控提供科学支撑。
论著 | 灌区多水源系统碳排放核算及水-能-碳关联分析

论著 | 灌区多水源系统碳排放核算及水-能-碳关联分析

摘要：面对中国“双碳”目标下灌区系统减排的迫切需求，本研究致力于解决灌区多水源系统“取-供-用-排”全过程中由参数模糊性所导致的 CO₂ 排放核算难题。通过引入情景分析和模糊集理论，构建基于不确定性的 CO₂ 排放量化模型，以赵口引黄灌区二期工程为案例，核算 2015年与2030年不同水文情景下的水-能-碳流动关系。结果表明：2030年灌区水资源消耗量较2015年增加 21.96%～ 31.37% ，能源消耗与 CO₂ 排放分别增长 44.14%～46.14% 与22.89%～25.05% ，其中能源消耗增速显著高于水资源消耗；生活与第二、三产业用水是 CO₂ 排放的主要来源。该研究可为灌区推行低碳发展策略、支撑农业系统减排提供理论依据与决策支持。
论著 | 基于复杂网络的山地型区域洪涝灾害链风险评估

论著 | 基于复杂网络的山地型区域洪涝灾害链风险评估

摘要：揭示山地型城市洪涝灾害链的时空演变机制，解析灾害链的级联效应，量化灾害链的风险水平，可为山地型区域灾害链断链减灾提供技术支撑。以北京市门头沟区历史洪涝灾害和典型“23·7"特大暴雨事件为例，建立山地型区域洪涝灾害链风险评估模型，厘清灾害链时空演变关系，评估灾害链风险大小，辨析洪涝灾害链和承灾系统的鲁棒性，提出基于节点防护与重要路径阻断的工程措施和基于灾害监测模拟与避险救援的非工程措施。结果表明：门头沟区洪涝灾害链中城市洪涝(C11)和交通中断(E13)为关键节点，以经济财产损失（G13)为核心的边是灾害链系统的脆弱路径，且是风险爆发的关键出口；灾害链的综合风险值为23.909，其中节点风险贡献 80.4% ；在采取防灾措施情况下，承灾系统鲁棒性增强，灾害链风险降低，二者呈现负相关关系。借助复杂网络模型厘清山地型城市洪涝灾害链的复杂性，识别关键节点和脆弱边，有助于制定针对性的灾害防控策略和措施。
论著 | 实时洪水预报误差多断面联合校正方法

论著 | 实时洪水预报误差多断面联合校正方法

摘要：实时校正是提高河道洪水预报精度的重要方法。针对终端校正方法难以描述误差空间传递、传统自回归方法回归系数不稳定等问题，本文提出一种耦合自适应岭回归与马斯京根矩阵方程的多断面联合校正方法（RRAR-Mafa），对马斯京根矩阵方程进行改进，推导出适用于任意拓扑结构河网的误差空间传递方程，并耦合岭回归方法，搭建一个考虑时间、空间双维度的通用校正框架，在淮河中游河段实例验证。结果表明：洪峰流量相对误差绝对值均值由校正前的 21.56% 下降到 3.84% ，纳什效率系数均值由校正前的0.67提高到0.98，原始预报结果精度越差，校正效果越显著；RRAR-Mafa方法可以实现多步长连续校正，校正效果优于自回归（AR)模型与岭回归(RRAR)模型，且8场洪水平均效果10步之内仍然有效，其中5场洪水校正效果较好。本研究为复杂河系洪水预报误差校正提供了一种通用的解决方案，可有效提升洪水预报精度，延长校正预见期。
论著 | 基于深度学习的毛乌素沙地植物根系吸水过程模拟

论著 | 基于深度学习的毛乌素沙地植物根系吸水过程模拟

摘要：植物根系吸水过程是地下水-土壤-植被-大气连续系统中水分运移的关键环节。然而，受限于传统试验方法和数值模拟技术的局限性，根系吸水机制研究仍面临一定的挑战。本研究通过原位试验监测数据，提出了卷积神经网络-长短期记忆网络(CNN-LSTM)耦合模型，模拟典型沙生植物沙柳连续3个生长周期的根系吸水过程。结果表明：CNN-LSTM模型成功实现了根系吸水时空动态的高精度模拟，模型验证的决定系数保持在0.86以上，均方根误差均低于0.01，表现出优异的预测性能；与传统的数值模型相比，CNN-LSTM模型能够以较低的计算成本准确捕捉不同生长阶段的根系吸水过程，且具有较高的泛化性。研究成果可为植被根系吸水过程研究的方法创新提供重要参考。
论著 | 基于水沙动力学机制与机器学习的滩岸崩退智能预测模型

论著 | 基于水沙动力学机制与机器学习的滩岸崩退智能预测模型

摘要：冲积河流滩岸崩退问题突出，威胁河势稳定与防洪安全。为解决滩岸崩退定量预测难题，弥补传统机器学习算法在特征表征方面的局限性，本文构建融合水沙动力学机制与机器学习的智能预测框架，建立涵盖水沙动力条件、河床边界特征和前期河床变形的特征变量体系，通过集成K-最邻近算法和Lasso 回归算法构建内嵌特征选择模块的崩退概率预测模型和崩退宽度预测模型，实现崩退概率与宽度的定量预测。以黄河下游铁谢至高村游荡型河段为研究对象，采用1999—2024年实测水沙和断面地形资料构建数据集，根据研究河段内崩退宽度的概率分布，将崩退划分为弱崩( <50m 、强崩（ 50～110m) 和剧崩（ >110m 03个等级进行模型验证与应用。结果表明：模型能较为准确地预测滩岸崩退的发生及幅度，其中概率预测模型训练集、验证集和测试集的准确率分别为0.97、0.80和0.86；宽度预测模型训练集、验证集和测试集的平均绝对误差分别为13、48和 48m ，测试集崩退等级准确率为0.83；将模型应用于2024年汛期滩岸崩退评估，成功预测了 70% 的崩退事件，其中崩退等级预测准确率为0.71。本文构建的智能预测框架可有效解决滩岸崩退定量预测难题，在冲积河流滩岸崩退预测中具备较高的准确性与良好的应用效果，能为保障河势稳定与防洪安全提供有效的技术支持。
论著 | 三峡运行后长江中游砂卵石河段滩槽演变及通航水动力特征

论著 | 三峡运行后长江中游砂卵石河段滩槽演变及通航水动力特征

摘要：流域梯级水库群联合运行后，枢纽下游河床冲刷已引起同流量-枯水位、水面比降和流速等适应性调整，这些要素变化叠加形成的“坡陡流急"会影响船舶通航安全。本文以长江中游砂卵石河段为对象，通过2002—2024年水文泥沙与河床地形等实测数据分析，解析河床冲淤强度与滩槽形态、同流量-枯水位、水面比降及最大流速等变化特征。研究表明：宜昌—大埠街河段枯水河槽、平滩河槽发生了累积性冲刷与深泓下切，洲滩面积先减小后逐渐稳定，深槽面积为增大态势；砂卵石河段同流量-枯水位为累积性下降态势，宜昌一枝城段枯水期水面比降较稳定，枝城—大埠街河段水面比降增大且发生天数增多使得“坡陡"现象增强；沙质河段河床冲刷及同流量-枯水位下降已引起砂卵石过渡段溯源冲刷作用增强，芦家河河段枯水期表层最大流速表征的“流急”特性增强；在无大型人类活动作用下，砂卵石河段的河床仍维持小幅冲刷，随着下游沙质河床段的持续强冲刷，引起砂卵石过渡段“坡陡流急”特性存在增强态势。
论著 | 波浪-单向流条件下柔性植被床面水沙运动特性

论著 | 波浪-单向流条件下柔性植被床面水沙运动特性

摘要：海岸带植被对河口海岸水沙运动影响显著。受复杂水动力条件制约，柔性植被在波浪-单向流耦合作用下的水沙响应机制尚不明确。通过水槽试验，研究波-流共存条件下柔性植被对水动力结构的影响，揭示植被影响下悬沙质量浓度的垂向分布规律。结果表明：在波浪-单向流共同作用下，柔性植被的消波效果随波高增加而增强，且在反向流作用下波高衰减更为明显。波浪与单向流的耦合作用加剧了水体紊动，其中反向流可通过增强波浪破碎倾向和波-流非线性相互作用，激发更强烈的湍流。近底悬沙质量浓度随时均紊动能的增加而升高，尤其是波浪-反向流-柔性植被相互作用形成独特的协同效应(床面剪切和紊流)，显著强化了床面泥沙再悬浮过程。
论著 | 溃坝洪水经过部分溃决坝体的演进规律

论著 | 溃坝洪水经过部分溃决坝体的演进规律

摘要：梯级溃坝洪水一旦发生将对下游地区造成毁灭性的灾难，当前混凝土坝的梯级溃决洪水研究中对坝体局部溃决情景的关注较少。本研究采用室内大型水槽试验和理论分析相结合的方法，对溃坝洪水经过垂向部分溃决坝体的演进规律开展了研究。结果表明：第二级大坝在上游溃坝洪水作用下垂向局部溃决后，其库区会形成涨水负波或降水负波，进而影响上游水深过程；涌浪波对下游坝面的作用压力会呈现出周期性的震荡特点，破碎波对下游坝面的峰值荷载更大，而后迅速降低；建立了溃坝洪水对下游大坝作用压力简化计算方法，计算值与试验结果吻合较好；当第二级坝的垂向溃决高度小于0.2倍坝高时表现为阻滞效应，当其大于0.2倍坝高时则表现为激励效应。本文研究成果可为梯级溃坝洪水灾害风险评估提供参考。
论著 | 扩散段立面双向扩张的侧式进/出水口水力特性

论著 | 扩散段立面双向扩张的侧式进/出水口水力特性

摘要：为探究扩散段立面双向扩张的侧式进/出水口水力特性，采用数值模拟方法，在立面扩张角总和不变时，分析进/出水口拦污栅断面流速分布规律及内部流态特征，讨论扩散段立面双向扩张的优势。结果表明： ① 出流工况，随着顶板扩张角减小、底板扩张角增大，拦污栅断面主流由底部向顶部移动，流速不均匀系数先减小后增大； ② 进流工况，不同扩散段立面双向扩张下的拦污栅断面流速分布规律基本相同； ③ 立面扩张角总和不变时，顶板和底板扩张角比值宜在 0.5～2.0 范围内； ④ 扩散段采用立面双向扩张有助于改善拦污栅断面流速分布、降低进/出水口水头损失和减少工程开挖量。研究成果为进/出水口设计提供新思路。

水科学进展

目录

论著 | 立体水网理论内涵、功能特征及技术框架

论著 | 立体水网理论内涵、功能特征及技术框架

论著 | 气候变化和人类活动对中国陆地水储量变化的作用机制

论著 | 气候变化和人类活动对中国陆地水储量变化的作用机制

论著 | 南水北调中线工程对京津冀水量平衡的影响

论著 | 南水北调中线工程对京津冀水量平衡的影响

论著 | 三峡水库建库前后下游区域水平衡评价与适应性调控

论著 | 三峡水库建库前后下游区域水平衡评价与适应性调控

论著 | 长江流域蒸发水汽去向及其对降水的贡献

论著 | 长江流域蒸发水汽去向及其对降水的贡献

论著 | 东北黑土区春季融雪对土壤水的影响及其对气候变化的响应

论著 | 东北黑土区春季融雪对土壤水的影响及其对气候变化的响应

论著 | 灌区多水源系统碳排放核算及水-能-碳关联分析

论著 | 灌区多水源系统碳排放核算及水-能-碳关联分析

论著 | 基于复杂网络的山地型区域洪涝灾害链风险评估

论著 | 基于复杂网络的山地型区域洪涝灾害链风险评估

论著 | 实时洪水预报误差多断面联合校正方法

论著 | 实时洪水预报误差多断面联合校正方法

论著 | 基于深度学习的毛乌素沙地植物根系吸水过程模拟

论著 | 基于深度学习的毛乌素沙地植物根系吸水过程模拟

论著 | 基于水沙动力学机制与机器学习的滩岸崩退智能预测模型

论著 | 基于水沙动力学机制与机器学习的滩岸崩退智能预测模型

论著 | 三峡运行后长江中游砂卵石河段滩槽演变及通航水动力特征

论著 | 三峡运行后长江中游砂卵石河段滩槽演变及通航水动力特征

论著 | 波浪-单向流条件下柔性植被床面水沙运动特性

论著 | 波浪-单向流条件下柔性植被床面水沙运动特性

论著 | 溃坝洪水经过部分溃决坝体的演进规律

论著 | 溃坝洪水经过部分溃决坝体的演进规律

论著 | 扩散段立面双向扩张的侧式进/出水口水力特性

论著 | 扩散段立面双向扩张的侧式进/出水口水力特性

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