学术概览

大范围地下水枯竭条件下土壤水分蒸发和径流响应模拟研究

20世纪的地下水开采造成含水层含水量大幅降低，而且破坏了地下水依赖型经济活动的多样性，含水量的降低重塑了水文地貌，改变了地下水与地表水的交换和地表水的可利用量。为了增强水资源管理的有效性并提高模拟精度，需要对近期地下水损耗进行综合系统性研究。对100 a来美国本土地下水减少产生的影响进行了评价，模拟了流域尺度的变化特性。结果表明，次表层水的损失会对整个水文系统造成影响，使径流量以及土壤水分蒸发减少。在枯水期以及浅层地下水区域，重点对土壤水分蒸发的减少进行了研究。地下水开采会造成大范围、大量的径流减少，其影响不只局限于开采点，而是整个水系。该方法对地下水水位影响下地表变化的敏感性进行了模拟，并提出了大尺度模型研究各种相关关系。

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

不同气候变化情景下城市排水管网防洪能力研究——以印度沿海城市防洪为例

目前，气候变化不确定条件下的城市暴雨洪水防控研究受到广泛关注。印度沿海大城市金奈（ Chennai）有多次被暴雨洪水袭击的历史记录。近几十年来，金奈的洪水灾害愈加频繁。在当前和未来两种气候情景条件下，对金奈弗拉切瑞（ Velachery）区易受洪水侵袭地区暴雨洪水排水管网现状进行了评估，提出了加强洪水防御的相关措施。利用联合国政府间气候变化专门委员会（ IPCC）的CMIP5模型（RCP=4.5）表达该市未来气候变化情景。基于印度气象局1975-2015年日降雨数据，通过极端降雨值得到强度一历时一频率（ IDF）曲线，同时，得到当前和未来两种气候情景下2 a-遇、5 a一遇、10 a一遇、50 a一遇和100 a一遇IDF曲线。采用差分全球定位系统（ DGPS）描绘暴雨洪水排水管网。通过水力模拟和水文模拟的耦合，对当前和未来气候情景下的城市管网防洪能力进行了评估，指出了管网存在的薄弱环节并提出了降低弗拉切瑞区洪水风险的有效措施。

基于自上而下及自下而上评估法的气候变化风险分析及敏感地区应对措施

目前，大多采用“自上而下”方法对不同情境下未来特定时间段气候变化预警进行模拟和研究。而与之相对应的“自下而上”方法的重点在于研究过去（近期）和当前气候变化的影响。研究了不同预警升级情况下的气候特征，阐述了将“自上而下”与“自下而上”方法相结合的必要性。综合考虑了3种气候变化一敏感性系统的最新研究成果，提出了人类一环境系统永恒变化的特点。将“自上而下”与“自下而上”方法相结合可全面了解受气候变化风险影响的對象。通过对以上两种方法的结果进行整合，可得到具有指导性的信息以便及时采取应对措施。

全球水资源循环表述和预测中人类主导作用的缺失研究

水资源利用、气候变化以及土地转换使全球范围内数以亿计的人群和很多生态系统面临水资源危机。通常利用计算机模型或经验公式估算全球水资源储量和径流量，再以水循环图表形式送到政策制定者和研究者手中。通过对比全球464个水循环图表，对全球水循环进行了综合分析。结果表明：虽然全球河流径流量的一半是可供人类使用的淡水资源，但只有15%的水循环图表描述了人类与河川径流的联系;只有2%的水循环图表表述了气候变化和水污染这两种引发全球水资源危机的最重要因素，传达了错误的水安全信息;95%的水循环图表只描述了单一流域，无法展示海洋一陆地相互影响以及陆地水量循环等重要因素。以上不足与水资源管理不当的某些方面紧密相关，即水循环图表中出现的错误反映了甚至加剧了政策制定者、研究者和公众对于全球水文情势的误解。对于水循环的正确表述，虽然无法完全解决全球水危机，但有助于实现水资源的合理化管理和可持续发展。

金沙江“10·10”白格堰塞湖渍洪水反演分析

准确预测堰塞湖溃坝洪水流量过程在堰塞湖应急抢险过程中极其重要。以白格堰塞湖下游水文站实测的洪水过程为依据，通过DB-IWHR溃坝洪水分析程序和GST洪水演进模型，分别采用不同冲刷侵蚀参数对“10·10”白格堰塞湖漫顶自然泄流过程进行了反演分析。结果发现：冲刷参数a=1.100 0、b=0.000 6时，叶巴滩、拉哇水文站模拟结果与实测流量结果最为接近。由此判断“10·10”白格堰塞湖溃决洪峰流量为10 882.78 m3/s，溃决历时6.2 h到达洪峰流量，最终溃口水面宽度为99.66 m。运用DB-IWHR溃坝洪水分析程序结合基于GPU加速技术的GST洪水演进模型，计算效率得以大大提高，可以在应急抢险工作中实现快速、精准的预测。

梯级水库短期优化调度模型的精细化与GPU并行实现

目前制约梯级水库短期优化调度在实际工程中应用的主要瓶颈有：所构建的优化模型存在不合理的简化策略，所选择的求解算法无法保证解的质量以及模型的计算时间远超规定时长。为解决上述问题，本文首先构建精细至水电站各机组工作特性的优化调度模型，接着通过二重嵌套动态规划（ DP）计算给定模拟精度下的高质量解，并针对算法固有的”维数灾”问题，一方面通过数据压缩与数据库技术降低程序的内存占用量，另一方面将GPU并行加速技术首次引入水库调度领域，通过OpenACC实现算法的GPU并行以减少计算时间。最后通过潘口、小漩梯级水库日优化调度的实例研究与对比分析得出：精细模型较传统模型能更好地贴合电站的实际工况，提高梯级系统的发电效益;内存占用缩减策略的引入能有效降低算法的空间复杂度;GPU并行较传统的CPU并行能大幅提升算法的求解速度。由此为短期优化调度的理论发展与算法“维数灾“的处理提供借鉴。

北京城市洪涝问题与成因分析

利用社会经济统计数据和水文气象资料，探讨城市化背景下北京城市洪涝特征、形成机制及影响因素。近50年来城市内涝逐渐成为北京洪涝灾害的主要类型，随着城市化迅猛发展，城市内涝积水点数量在时间上表现为显著增加趋势，在空间上呈现出由内环逐步向外环扩张趋势，与城市化发展空间格局关系密切。从水循环的角度分析城市洪涝形成机制，指出区域气候变化和城市化发展改变了城市降水格局，汛期降水量和极端降水事件呈现下降趋势，但城区短历时强降水事件呈现增加态势;城市化发展改变了区域下垫面条件、城市流域产汇流特性和城市排水格局，进而影响了区域水循环过程和水量分配，在一定程度上增加了城市洪涝灾害风险;同时城市基础设施建设水平不足、排水排涝标准偏低、应急管理能力不足等因素，导致城市洪涝发生风险增加，降低了城市洪涝综合应对能力。

高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性设计优化的裂化一抑制法及其应用

针对高应力下大型硬岩地下洞室群突出的围岩灾害性破坏问题，在多个深部/高应力地下洞室群开挖方案与支护参数优化研究及实践基础上，提出高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性优化的裂化抑制设计方法新理念及其基本原理、关键技术和实施流程。该方法认为高应力下地下洞室硬岩大变形与灾害性破坏本质上是其内部破裂发展和开裂的外在表现形式，为此建立以抑制硬岩内部破裂发展为关键切入点的理念，以硬岩的开裂测试分析、减裂开挖调整、止裂支护控制为三要素，提出：（1）通过系统地开展洞室群开挖方案优化分析，从开挖角度尽量减少和避免围岩开裂的规模、深度和程度技术体系;（2）通过支护参数、支护时机优化，从支护角度抑制围岩进一步裂化并强化松弛/开裂围岩的整体性从而抵抗地层压力，将围岩从被支护对象转换为承载结构，从而实现充分调动围岩自身承载性能来维护和再造围岩承载拱，达到工程安全、高效和经济的目标。拉西瓦水电站地下洞群开挖顺序优化、白鹤滩水电站地下厂房顶拱支护方案优化、中国锦屏深地实验室的围岩支护参数复核等工程实践表明了其合理性和实用性。

《岩石力学与工程学报》2019年第6期（作者：江权，冯夏庭，李邵军，等）