流域水文过程变化机理与工程安全

本项目通过长江流域实验平台，进行了气候变化环境下流域水文基本规律的实证研究，阐明了水循环要素间的转化机理及其演变的气候驱动机制，量化了多形态和多源“水”之间的补给关系，创新了流域水循环基础理论，发展了水循环要素时空多尺度转换与参数化方案，提出了水循环多过程耦合方法，构建了长江流域分布式陆-气-水文耦合模型，研究了变化条件下水文水资源演变规律和可持续性。综合考虑了荷载因素、多重环境因素等变化条件下，从大型水利枢纽工程局部结构损伤与整体服役性态劣化的角度，研究了大型水利枢纽工程服役性态演化规律，分析了大型水利枢纽工程服役性态的驱动规律，建立了多因素变化条件下大型水利枢纽工程服役性态演化模型，揭示了大型水利枢纽工程结构破坏与灾变机理。探讨了水沙过程变化与河流演变的关系以及涉河工程群与水沙过程变化的关系，揭示了涉河工程群引起的河流系统水沙过程变异机理。构建了非稳态咸潮入侵解析模型，得到河口地区盐水在时空上的分布变化表达式，结合数学模型，确定了解析模型的主要参数，分析了盐度变化与水位、流速变化规律异同性，探讨了不同时间尺度下盐水入侵的时空变化规律和特征，研究了河口复杂地形及特殊动力因子的响应关系，模拟了不同动力格局对多汊道河口咸潮入侵的影响过程，分析了咸潮上溯对河口通量变化的响应程度。在本项目的支持下，发表学术论文162篇，其中SCI论文107篇，授权发明专利6项。获得国家级科技进步二等奖1项，国家级技术发明二等奖1项，省部级科技进步奖一等奖2项。培养了博士研究生9名，硕士研究生66名。创新人才推进计划中青年科技创新领军人才1项，国家“万人计划”科技创新领军人才1项，江苏省“创新团队计划”1项，江苏省“333工程”第二层次培养对象人选2人。

本项目以长江流域为研究对象，针对变化条件下流域水文过程演变与水利工程安全这一重大国家需求，研究水循环要素间的转化机理及其演变的气候驱动机制，提出水循环多过程耦合方法，构建长江流域分布式陆-气-水文耦合模型。研究变化条件对大型水利枢纽工程服役性态影响机制这一核心科学问题，揭示变化条件下工程服役性态演化规律与驱动机理，科学构建大型水利枢纽工程安全服役保障理论和方法；从系统论的角度揭示长江流域累积影响下的河流水沙过程、河床演变机理及其对工程安全的影响，构建相应的评估体系，研究自然和人类活动双重作用下的区域水循环变化机理，定量刻画气候变化和人类活动的影响及其生态效应，探明流域工程安全机制、下游河床冲淤变化机理、水沙通量变化与咸潮入侵机制。可以有效提高长江流域的防洪抗旱、水资源安全、生态环境保护科技水平，保障流域经济社会的安全稳定，可行性强，意义重大。

阻塞的发生与大尺度环流背景（急流、行星尺度定常波等）有关，阻塞生命的发展和维持与上游涡动强迫（风暴路径）密切相关。全球和区域大气环流背景的变化必然对阻塞活动产生影响，因此有必要研究阻塞的长期变化和趋势。本项目将系统分析北半球各个区域阻塞的长期变化特征，探索阻塞活动与NAO，ENSO，PDO活动的在空间和时间上的关系，并进一步从背景流、行星尺度波和天气尺度波动等方面探讨与阻塞的生命活动有关的大气环流变化对阻塞活动影响的动力学机制。其中将着重分析对我国气候产生影响的乌拉尔山、亚洲大陆阻塞和鄂霍次克海阻塞的长期变化特征和原因。.本项目的研究将系统揭示北半球各个区域的阻塞，尤其是对我国天气气候产生影响的阻塞活动的长期变化特征及其可能原因。为我国灾害性天气的预报提供参考。

本项目分析了北半球阻塞活动的平均特征和阻塞个例的动力学特征。北半球冬季主要的阻塞活动中心为大西洋、欧洲、乌拉尔山地区和中部太平洋地区。大西洋欧洲地区阻塞最频繁。阻塞活动的季节差异表现为大西洋和太平洋地区冬夏季节阻塞活动频繁，秋季最少。乌拉尔山地区夏季阻塞活动频繁。阻塞强度冬季最大。阻塞活动的年际变化表现为：北半球冬季阻塞活动频率呈下降趋势，且强度在70年代中期后减弱。夏季大西洋阻塞频数呈弱上升趋势，乌拉尔山阻塞相反，太平洋阻塞强度呈增强趋势。诊断分析显示，阻塞关键区和上下游为弱西风区，南北侧西风较强且在强盛期最强。西风动量和感热输送主要发生在上游和北侧；感热输送在发展期较强，成熟期减弱。阻塞发展阶段，其关键区上游存在向东和向北的负涡度输送，衰减期则转换为正涡度输送，导致阻塞强度减弱。 本项目进一步研究了冬季阻塞活动在北大西洋涛动（NAO）及ENSO不同位相的差异，主要结论如下：NAO主要影响大西洋、欧洲及乌拉尔山地区阻塞。NAO负位相时期阻塞活动在大西洋地区较频繁。正位相时期大西洋阻塞活动被抑制，欧洲阻塞活跃，乌拉尔山阻塞活动显著减少。NAO正指数从加强到减弱，欧洲大西洋阻塞活动中心发生西退的现象。大西洋阻塞随NAO指数的上升而减弱，欧洲阻塞则相反。ENSO负（正）指数对应太平洋冬季阻塞发生频率高（低）。冬季太平洋阻塞强度La Nina年比El Nino年大。El Nino 年冬季阻塞易于出现在东北太平洋和北美大陆沿岸，La Nina 年多发生在中太平洋偏向鄂霍次克海地区。 本项目还探讨了夏季乌拉尔山阻塞对河套地区降水的影响以及大西洋阻塞对欧洲地区冬季极端低温的影响，主要结论为：河套地区极端降水与季节平均降水方差增加有关。夏季极端降水频繁年份乌拉尔山以东及日本以西存在高压异常，中纬度经向型环流特征比非极端降水年份强的。水汽输送的通道来自孟加拉湾和我国东部海面。小笠原高压提供了自东部海面向河套地区输送水汽的通道，增强了河套地区的水汽辐合，导致了该地区的极端强降水。小笠原高压的发展与乌拉尔以东地区的阻塞活动有关。西北部欧洲极端冬季低温发生是平均温度降低和方差显著增加的结果。大西洋东部阻塞提供了有利于降温的持续性环流条件，7-31天及2-7天扰动所产生的水平冷平流是导致局地温度下降的主要原因。

编著者的话

前言

术语表

符号表

1 绪论

1.1 中国水工程现状

1.2 水工程安全检(监)测现状

1.3 水工程安全评估现状

1.4 未来水工程安全保障技术研究课题

2 水工程安全检(监)测与评估基础

2.1 水工程安全检查

2.2 水工程安全复核计算

2.3 水工程安全鉴定要求

3 水工程安全检(监)测技术理论2100433B