學術概覽

大范圍地下水枯竭條件下土壤水分蒸發和徑流響應模擬研究

20世紀的地下水開采造成含水層含水量大幅降低，而且破壞了地下水依賴型經濟活動的多樣性，含水量的降低重塑了水文地貌，改變了地下水與地表水的交換和地表水的可利用量。為了增強水資源管理的有效性并提高模擬精度，需要對近期地下水損耗進行綜合系統性研究。對100 a來美國本土地下水減少產生的影響進行了評價，模擬了流域尺度的變化特性。結果表明，次表層水的損失會對整個水文系統造成影響，使徑流量以及土壤水分蒸發減少。在枯水期以及淺層地下水區域，重點對土壤水分蒸發的減少進行了研究。地下水開采會造成大范圍、大量的徑流減少，其影響不只局限于開采點，而是整個水系。該方法對地下水水位影響下地表變化的敏感性進行了模擬，并提出了大尺度模型研究各種相關關系。

https：//advances.sclencemag org/contentj5/6/eaav45 74

不同氣候變化情景下城市排水管網防洪能力研究——以印度沿海城市防洪為例

目前，氣候變化不確定條件下的城市暴雨洪水防控研究受到廣泛關注。印度沿海大城市金奈（ Chennai）有多次被暴雨洪水襲擊的歷史記錄。近幾十年來，金奈的洪水災害愈加頻繁。在當前和未來兩種氣候情景條件下，對金奈弗拉切瑞（ Velachery）區易受洪水侵襲地區暴雨洪水排水管網現狀進行了評估，提出了加強洪水防御的相關措施。利用聯合國政府間氣候變化專門委員會（ IPCC）的CMIP5模型（RCP=4.5）表達該市未來氣候變化情景。基于印度氣象局1975-2015年日降雨數據，通過極端降雨值得到強度一歷時一頻率（ IDF）曲線，同時，得到當前和未來兩種氣候情景下2 a-遇、5 a一遇、10 a一遇、50 a一遇和100 a一遇IDF曲線。采用差分全球定位系統（ DGPS）描繪暴雨洪水排水管網。通過水力模擬和水文模擬的耦合，對當前和未來氣候情景下的城市管網防洪能力進行了評估，指出了管網存在的薄弱環節并提出了降低弗拉切瑞區洪水風險的有效措施。

基于自上而下及自下而上評估法的氣候變化風險分析及敏感地區應對措施

目前，大多采用“自上而下”方法對不同情境下未來特定時間段氣候變化預警進行模擬和研究。而與之相對應的“自下而上”方法的重點在于研究過去（近期）和當前氣候變化的影響。研究了不同預警升級情況下的氣候特征，闡述了將“自上而下”與“自下而上”方法相結合的必要性。綜合考慮了3種氣候變化一敏感性系統的最新研究成果，提出了人類一環境系統永恒變化的特點。將“自上而下”與“自下而上”方法相結合可全面了解受氣候變化風險影響的對象。通過對以上兩種方法的結果進行整合，可得到具有指導性的信息以便及時采取應對措施。

全球水資源循環表述和預測中人類主導作用的缺失研究

水資源利用、氣候變化以及土地轉換使全球范圍內數以億計的人群和很多生態系統面臨水資源危機。通常利用計算機模型或經驗公式估算全球水資源儲量和徑流量，再以水循環圖表形式送到政策制定者和研究者手中。通過對比全球464個水循環圖表，對全球水循環進行了綜合分析。結果表明：雖然全球河流徑流量的一半是可供人類使用的淡水資源，但只有15%的水循環圖表描述了人類與河川徑流的聯系;只有2%的水循環圖表表述了氣候變化和水污染這兩種引發全球水資源危機的最重要因素，傳達了錯誤的水安全信息;95%的水循環圖表只描述了單一流域，無法展示海洋一陸地相互影響以及陸地水量循環等重要因素。以上不足與水資源管理不當的某些方面緊密相關，即水循環圖表中出現的錯誤反映了甚至加劇了政策制定者、研究者和公眾對于全球水文情勢的誤解。對于水循環的正確表述，雖然無法完全解決全球水危機，但有助于實現水資源的合理化管理和可持續發展。

金沙江“10·10”白格堰塞湖漬洪水反演分析

準確預測堰塞湖潰壩洪水流量過程在堰塞湖應急搶險過程中極其重要。以白格堰塞湖下游水文站實測的洪水過程為依據，通過DB-IWHR潰壩洪水分析程序和GST洪水演進模型，分別采用不同沖刷侵蝕參數對“10·10”白格堰塞湖漫頂自然泄流過程進行了反演分析。結果發現：沖刷參數a=1.100 0、b=0.000 6時，葉巴灘、拉哇水文站模擬結果與實測流量結果最為接近。由此判斷“10·10”白格堰塞湖潰決洪峰流量為10 882.78 m3/s，潰決歷時6.2 h到達洪峰流量，最終潰口水面寬度為99.66 m。運用DB-IWHR潰壩洪水分析程序結合基于GPU加速技術的GST洪水演進模型，計算效率得以大大提高，可以在應急搶險工作中實現快速、精準的預測。

梯級水庫短期優化調度模型的精細化與GPU并行實現

目前制約梯級水庫短期優化調度在實際工程中應用的主要瓶頸有：所構建的優化模型存在不合理的簡化策略，所選擇的求解算法無法保證解的質量以及模型的計算時間遠超規定時長。為解決上述問題，本文首先構建精細至水電站各機組工作特性的優化調度模型，接著通過二重嵌套動態規劃（ DP）計算給定模擬精度下的高質量解，并針對算法固有的”維數災”問題，一方面通過數據壓縮與數據庫技術降低程序的內存占用量，另一方面將GPU并行加速技術首次引入水庫調度領域，通過OpenACC實現算法的GPU并行以減少計算時間。最后通過潘口、小漩梯級水庫日優化調度的實例研究與對比分析得出：精細模型較傳統模型能更好地貼合電站的實際工況，提高梯級系統的發電效益;內存占用縮減策略的引入能有效降低算法的空間復雜度;GPU并行較傳統的CPU并行能大幅提升算法的求解速度。由此為短期優化調度的理論發展與算法“維數災“的處理提供借鑒。

北京城市洪澇問題與成因分析

利用社會經濟統計數據和水文氣象資料，探討城市化背景下北京城市洪澇特征、形成機制及影響因素。近50年來城市內澇逐漸成為北京洪澇災害的主要類型，隨著城市化迅猛發展，城市內澇積水點數量在時間上表現為顯著增加趨勢，在空間上呈現出由內環逐步向外環擴張趨勢，與城市化發展空間格局關系密切。從水循環的角度分析城市洪澇形成機制，指出區域氣候變化和城市化發展改變了城市降水格局，汛期降水量和極端降水事件呈現下降趨勢，但城區短歷時強降水事件呈現增加態勢;城市化發展改變了區域下墊面條件、城市流域產匯流特性和城市排水格局，進而影響了區域水循環過程和水量分配，在一定程度上增加了城市洪澇災害風險;同時城市基礎設施建設水平不足、排水排澇標準偏低、應急管理能力不足等因素，導致城市洪澇發生風險增加，降低了城市洪澇綜合應對能力。

高應力下大型硬巖地下洞室群穩定性設計優化的裂化一抑制法及其應用

針對高應力下大型硬巖地下洞室群突出的圍巖災害性破壞問題，在多個深部/高應力地下洞室群開挖方案與支護參數優化研究及實踐基礎上，提出高應力下大型硬巖地下洞室群穩定性優化的裂化抑制設計方法新理念及其基本原理、關鍵技術和實施流程。該方法認為高應力下地下洞室硬巖大變形與災害性破壞本質上是其內部破裂發展和開裂的外在表現形式，為此建立以抑制硬巖內部破裂發展為關鍵切入點的理念，以硬巖的開裂測試分析、減裂開挖調整、止裂支護控制為三要素，提出：（1）通過系統地開展洞室群開挖方案優化分析，從開挖角度盡量減少和避免圍巖開裂的規模、深度和程度技術體系;（2）通過支護參數、支護時機優化，從支護角度抑制圍巖進一步裂化并強化松弛/開裂圍巖的整體性從而抵抗地層壓力，將圍巖從被支護對象轉換為承載結構，從而實現充分調動圍巖自身承載性能來維護和再造圍巖承載拱，達到工程安全、高效和經濟的目標。拉西瓦水電站地下洞群開挖順序優化、白鶴灘水電站地下廠房頂拱支護方案優化、中國錦屏深地實驗室的圍巖支護參數復核等工程實踐表明了其合理性和實用性。

《巖石力學與工程學報》2019年第6期（作者：江權，馮夏庭，李邵軍，等）