學術概覽

氣候變化條件下非洲撒哈拉沙漠以南地區地下水響應研究

非洲撒哈拉沙漠以南地區地下水支撐著該地居民的生產生活和扶貧工作，維持著主要生態系統的運轉，對陸地水資源和能源總量產生重要影響。該地區地下水的水文循環過程決定了地下水量的可恢復性和可持續性，且對氣候變化十分敏感。然而，目前對該地區水文循環過程的研究十分有限。有模型模擬表明該區域內的干旱地區水資源量將會減少，但由于缺乏可靠的觀測手段和研究方法，無法證實模擬結果是否合理。對該地區多年地下水水位觀測資料的分析表明：盡管局部地區的水文條件會影響降雨一徑流關系的類型和特征，但干旱程度對徑流的影響最大。當年降雨量變化較大時，潮濕地區徑流量變化幅度卻很小，變化系數僅為5%。相對來說，其他地區的降雨一徑流關系則基本呈線性，日均降雨量閾值（一般不大于10mm）決定了徑流的起始值。當干旱程度增大，日均降雨閾值增大，干旱地區徑流更加不連續，而且越來越受到瞬時坡面流損失的累積效應影響。極端年徑流量的出現與強降雨和洪水災害的發生密切相關，而氣候變化會導致強降雨和洪水災害的發生更加頻繁。即使在總降雨量偏少的年份，強降雨也會導致某些干旱亞熱帶地區的年徑流量出現極大值。研究結果認為，普遍認可的氣候變化條件下非洲撒哈拉沙漠以南地區水資源量一定會減少的結論有待商榷。在很多地區，分析降雨一徑流關系可以揭示地下水對氣候變化的響應特征，有助于預測氣候變化影響并采取有效應對措施。

https：//www.nature.com/articles/s41586-019-1441-7

美國加州北部沿海地區熱帶氣旋增力致災性洪水災害的研究

1999年以來，美國加利福利亞州北部沿海地區經歷了3次極端熱帶氣旋導致的洪水災害，洪水給該地區居民生活造成了嚴重的影響并改變了水體的水質、生化和生態條件。此類災害發生頻率和規模的顯著增大到底是巧合，還是意味著熱帶氣旋洪水以及其對相關生態系統的影響正在發生一種“質變”，是一個值得深入研究的重要課題。對該地區自1898年以來連續降雨資料的分析表明，20世紀90年代后期以來，該地區進入了一個前所未有的強降雨期，而且強降雨的不斷增多與近120a來的熱帶氣旋密切有關。研究認為，這種變化趨勢與其他地方的觀察結果一致，近期熱帶氣旋導致致災性洪水災害增加是由水文循環、碳循環、營養物質循環、水環境及生境、中大西洋地區以及其他美國沿海地區開發等多種因素綜合作用所引起的一種“質變”。

https：//www.nature.com/articles/s41598-019-46928-9

基于多元模型的全球變暖升溫2℃情景下溫暖氣候持續時間預測

在過去數十年間，極端熱浪和強降雨的發生愈加頻繁，而且在未來全球變暖情景下，預計這種變化趨勢仍將延續。極端氣候歷時較長會產生一系列的社會影響，如溫暖干燥的氣候條件會嚴重影響農作物生長，持續的強降雨會引發洪災等。建立了一個多元模型模擬工業化前氣溫升高2℃的情景。分析表明，與現今氣候條件相對比，模擬情境下北極地區夏季的持續時間發生了系統性延長。在北半球中緯度地區，對溫度進行平均化處理后，在不考慮季節平均變暖的情況下，溫暖氣候的持續時間超過2周的概率預計將增加4%（2%-6%不等）。干燥-溫暖復合氣候的持續時間延長的概率與之相當，尤其在北美洲東部地區，持續時間增加的概率為20%（11%-42%不等）。在中等緯度地區，連續7d及以上的強降雨發生概率上升了26%（15%-37%不等）。有證據表明，風暴減弱時的活動路徑使預計的溫暖和干燥氣候持續時間延長。當溫度只升高1.5℃時，可以避免溫暖和干燥氣候持續時間的延長。若同時考慮熱浪和降雨等極端氣候增多的情況，溫暖和干燥氣候持續時間的延長會明顯加劇未來極端氣候帶來的危害。

https：//www.nature.com/articles/s41558-019-0555-0

基于CRCM5模型的2017年加拿大渥太華河洪水推演分析

2017年5月，加拿大渥太華河（Ottawa River）上游水位達到50a以來最高值，導致蒙特利爾附近發生嚴重洪水災害。觀測數據和第五代加拿大區域氣候模型（fifth generation Canadian Regional Climate Model，CRCM5）模擬結果表明，渥太華河流域2017年4月降雨量遠超平均值，其中大部分以雨水形式降落在已有積雪層上，使河流水位接近歷史最高記錄。隨后，5月第一周該流域又發生兩場強降雨，從而引發此次嚴重洪水。2017年4-5月期間該流域發生的強降雨與大范圍的大氣層特征有關。CRCM5敏感性模型試驗結果表明，積雪量和分布對渥太華河流域春季徑流影響較大。而且，在模擬寒冷地區春季河川徑流時，對凍土進行合理的參數化處理十分重要。模擬表明，在當今氣候條件下，類似2017年4月在渥太華河流域強降雨再次發生的概率要比工業化前的年代高2-3倍。強降雨風險的增加與當今全球變暖引起的大氣層濕度增加密切相關。然而，導致氣候變暖的直接原因是人類的碳排放，而不是降雨產流機制或產流模式的變化。氣候變暖還會使早春渥華河流域積雪量減少，與降雨增加的影響相抵消，因此，極端地表徑流發生的概率并不會發生明顯變化。

https：//link.springer.com/article/10.1007%2Fs00382-018-4375-0

現行水污染物總量控制制度存在的問題及對策研究

為了使我國水污染物總量控制制度更趨完善，有效促進水環境質量改善，在全面總結我國水污染物總量控制制度發展歷程的基礎上，對目前該制度的實施情況進行了分析。分析結果表明：在現行水污染物總量控制制度的實施過程中，存在著基礎不牢固、約束力不夠、控制項目錯位以及監督考核不合理等問題。根據分析結果，提出了優化制度設計、強化技術支撐、完善監測體系以及強化監督管理等方面的建議。研究成果可為國家科學優化水環境保護管理制度提供理論參考。

《人民長江》2019年第8期（作者：尹煒，裴中平，辛小康）

混凝土劈拉開裂和裂縫自愈合機理

采用混凝土圓盤試件，研究了劈拉加載下混凝土的開裂過程和裂縫形態，分析了試件劈拉應力一裂縫口張開位移曲線的特征，探討了不同卸載位移下曲線的變化規律：對劈拉開裂后混凝土在不同環境中（海水、淡水和標準養護）的性能恢復規律和自愈合機理開展了試驗研究。結果表明：混凝土劈拉開裂導致自身剛度降低，并且裂縫口張開位移越大，剛度降低越明顯：自愈合產物與混凝土基體黏結強度較低，再次劈拉加載下試件剛度雖有恢復，但恢復值相對于初始剛度較小：裂縫自愈合是各種物理和化學過程綜合作用的結果，愈合機理主要包括水泥的再水化作用、結晶作用、水泥水化產物的分解作用和顆粒雜質等的堵塞作用。

《水利學報》2019年第7期（作者：王立成，武少赟）

黃河口尾閭段河床形態調整及過流能力變化

為全面描述黃河口尾閭段的河床形態調整及過流能力變化，采用河段平均的計算方法，確定了尾閭段（利津-西河口）1990-2016年汛后斷面及河段尺度的平灘特征參數，分析河段平灘河槽形態調整特點、河段平灘流量變化過程及其與累積河床沖淤量的關系。結果表明：近30年來黃河尾閭段的河床形態調整過程較為復雜，河相系數在1990-2003年呈振蕩式升高，2003年以后持續減小，說明斷面形態朝窄深方向發展;平灘流量變化與河段沖淤過程密切相關，淤積時平灘流量減小，反之則增大;建立這些河段平灘特征參數與利津站前4年汛期平均水流沖刷強度的冪函數關系，且相關系數均大于0.8，說明黃河口尾閭段河床形態調整及過流能力變化能較好地響應利津站水沙條件的改變。

《水科學進展》2019年第3期（作者：楊卓媛，夏軍強，周美蓉，等）

基于隧道銑挖施工適應性的圍巖質量分級方法

國巖質量分級是懸臂式掘進機隧道銑挖施工方法適應性評價的重要依據。為了建立相應圍巖質量分級方法，首先基于瞬時掘進速率（ICR）可綜合體現工程地質條件和機械設備因素對隧道銑挖施工影響的特點，提出以銑挖瞬時掘進速率為依據的隧道圍巖質量分級標準;然后，在探討圍巖質量分級影響因素和評價指標的基礎上，考慮影響因素的模糊性和層次性特點，建立銑挖施工隧道圍巖質量分級的三級模糊綜合評價模型，并提出諸如連續型和離散型評價指標隸屬度及其權重向量等模型參數確定方法;同時，為減小隸屬度和權重確定的主觀性，提出確保隸屬度和權重確定的客觀性與合理性的相應策略;最后，通過工程實例計算，并與實測結果進行比較分析，表明本文模型與方法的合理性與可行性。

《巖石力學與工程學報》2019年第8期（作者：曹文貴，李樹林，張永杰，等）