學(xué)術(shù)概覽

氣候變化條件下非洲撒哈拉沙漠以南地區(qū)地下水響應(yīng)研究

非洲撒哈拉沙漠以南地區(qū)地下水支撐著該地居民的生產(chǎn)生活和扶貧工作，維持著主要生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)陸地水資源和能源總量產(chǎn)生重要影響。該地區(qū)地下水的水文循環(huán)過(guò)程決定了地下水量的可恢復(fù)性和可持續(xù)性，且對(duì)氣候變化十分敏感。然而，目前對(duì)該地區(qū)水文循環(huán)過(guò)程的研究十分有限。有模型模擬表明該區(qū)域內(nèi)的干旱地區(qū)水資源量將會(huì)減少，但由于缺乏可靠的觀測(cè)手段和研究方法，無(wú)法證實(shí)模擬結(jié)果是否合理。對(duì)該地區(qū)多年地下水水位觀測(cè)資料的分析表明：盡管局部地區(qū)的水文條件會(huì)影響降雨一徑流關(guān)系的類(lèi)型和特征，但干旱程度對(duì)徑流的影響最大。當(dāng)年降雨量變化較大時(shí)，潮濕地區(qū)徑流量變化幅度卻很小，變化系數(shù)僅為5%。相對(duì)來(lái)說(shuō)，其他地區(qū)的降雨一徑流關(guān)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(dāng)干旱程度增大，日均降雨閾值增大，干旱地區(qū)徑流更加不連續(xù)，而且越來(lái)越受到瞬時(shí)坡面流損失的累積效應(yīng)影響。極端年徑流量的出現(xiàn)與強(qiáng)降雨和洪水災(zāi)害的發(fā)生密切相關(guān)，而氣候變化會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)降雨和洪水災(zāi)害的發(fā)生更加頻繁。即使在總降雨量偏少的年份，強(qiáng)降雨也會(huì)導(dǎo)致某些干旱亞熱帶地區(qū)的年徑流量出現(xiàn)極大值。研究結(jié)果認(rèn)為，普遍認(rèn)可的氣候變化條件下非洲撒哈拉沙漠以南地區(qū)水資源量一定會(huì)減少的結(jié)論有待商榷。在很多地區(qū)，分析降雨一徑流關(guān)系可以揭示地下水對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征，有助于預(yù)測(cè)氣候變化影響并采取有效應(yīng)對(duì)措施。

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

美國(guó)加州北部沿海地區(qū)熱帶氣旋增力致災(zāi)性洪水災(zāi)害的研究

1999年以來(lái)，美國(guó)加利福利亞州北部沿海地區(qū)經(jīng)歷了3次極端熱帶氣旋導(dǎo)致的洪水災(zāi)害，洪水給該地區(qū)居民生活造成了嚴(yán)重的影響并改變了水體的水質(zhì)、生化和生態(tài)條件。此類(lèi)災(zāi)害發(fā)生頻率和規(guī)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(duì)相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的影響正在發(fā)生一種“質(zhì)變”，是一個(gè)值得深入研究的重要課題。對(duì)該地區(qū)自1898年以來(lái)連續(xù)降雨資料的分析表明，20世紀(jì)90年代后期以來(lái)，該地區(qū)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的強(qiáng)降雨期，而且強(qiáng)降雨的不斷增多與近120a來(lái)的熱帶氣旋密切有關(guān)。研究認(rèn)為，這種變化趨勢(shì)與其他地方的觀察結(jié)果一致，近期熱帶氣旋導(dǎo)致致災(zāi)性洪水災(zāi)害增加是由水文循環(huán)、碳循環(huán)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、水環(huán)境及生境、中大西洋地區(qū)以及其他美國(guó)沿海地區(qū)開(kāi)發(fā)等多種因素綜合作用所引起的一種“質(zhì)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(xù)時(shí)間預(yù)測(cè)

在過(guò)去數(shù)十年間，極端熱浪和強(qiáng)降雨的發(fā)生愈加頻繁，而且在未來(lái)全球變暖情景下，預(yù)計(jì)這種變化趨勢(shì)仍將延續(xù)。極端氣候歷時(shí)較長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生一系列的社會(huì)影響，如溫暖干燥的氣候條件會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，持續(xù)的強(qiáng)降雨會(huì)引發(fā)洪災(zāi)等。建立了一個(gè)多元模型模擬工業(yè)化前氣溫升高2℃的情景。分析表明，與現(xiàn)今氣候條件相對(duì)比，模擬情境下北極地區(qū)夏季的持續(xù)時(shí)間發(fā)生了系統(tǒng)性延長(zhǎng)。在北半球中緯度地區(qū)，對(duì)溫度進(jìn)行平均化處理后，在不考慮季節(jié)平均變暖的情況下，溫暖氣候的持續(xù)時(shí)間超過(guò)2周的概率預(yù)計(jì)將增加4%（2%-6%不等）。干燥-溫暖復(fù)合氣候的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)的概率與之相當(dāng)，尤其在北美洲東部地區(qū)，持續(xù)時(shí)間增加的概率為20%（11%-42%不等）。在中等緯度地區(qū)，連續(xù)7d及以上的強(qiáng)降雨發(fā)生概率上升了26%（15%-37%不等）。有證據(jù)表明，風(fēng)暴減弱時(shí)的活動(dòng)路徑使預(yù)計(jì)的溫暖和干燥氣候持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。當(dāng)溫度只升高1.5℃時(shí)，可以避免溫暖和干燥氣候持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)。若同時(shí)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(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)明顯加劇未來(lái)極端氣候帶來(lái)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(dá)到50a以來(lái)最高值，導(dǎo)致蒙特利爾附近發(fā)生嚴(yán)重洪水災(zāi)害。觀測(cè)數(shù)據(jù)和第五代加拿大區(qū)域氣候模型（fifth generation Canadian Regional Climate Model，CRCM5）模擬結(jié)果表明，渥太華河流域2017年4月降雨量遠(yuǎn)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(fā)生兩場(chǎng)強(qiáng)降雨，從而引發(fā)此次嚴(yán)重洪水。2017年4-5月期間該流域發(fā)生的強(qiáng)降雨與大范圍的大氣層特征有關(guān)。CRCM5敏感性模型試驗(yàn)結(jié)果表明，積雪量和分布對(duì)渥太華河流域春季徑流影響較大。而且，在模擬寒冷地區(qū)春季河川徑流時(shí)，對(duì)凍土進(jìn)行合理的參數(shù)化處理十分重要。模擬表明，在當(dāng)今氣候條件下，類(lèi)似2017年4月在渥太華河流域強(qiáng)降雨再次發(fā)生的概率要比工業(yè)化前的年代高2-3倍。強(qiáng)降雨風(fēng)險(xiǎn)的增加與當(dāng)今全球變暖引起的大氣層濕度增加密切相關(guān)。然而，導(dǎo)致氣候變暖的直接原因是人類(lèi)的碳排放，而不是降雨產(chǎn)流機(jī)制或產(chǎn)流模式的變化。氣候變暖還會(huì)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(fā)生的概率并不會(huì)發(fā)生明顯變化。

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

現(xiàn)行水污染物總量控制制度存在的問(wèn)題及對(duì)策研究

為了使我國(guó)水污染物總量控制制度更趨完善，有效促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量改善，在全面總結(jié)我國(guó)水污染物總量控制制度發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，對(duì)目前該制度的實(shí)施情況進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：在現(xiàn)行水污染物總量控制制度的實(shí)施過(guò)程中，存在著基礎(chǔ)不牢固、約束力不夠、控制項(xiàng)目錯(cuò)位以及監(jiān)督考核不合理等問(wèn)題。根據(jù)分析結(jié)果，提出了優(yōu)化制度設(shè)計(jì)、強(qiáng)化技術(shù)支撐、完善監(jiān)測(cè)體系以及強(qiáng)化監(jiān)督管理等方面的建議。研究成果可為國(guó)家科學(xué)優(yōu)化水環(huán)境保護(hù)管理制度提供理論參考。

《人民長(zhǎng)江》2019年第8期（作者：尹煒，裴中平，辛小康）

混凝土劈拉開(kāi)裂和裂縫自愈合機(jī)理

采用混凝土圓盤(pán)試件，研究了劈拉加載下混凝土的開(kāi)裂過(guò)程和裂縫形態(tài)，分析了試件劈拉應(yīng)力一裂縫口張開(kāi)位移曲線的特征，探討了不同卸載位移下曲線的變化規(guī)律：對(duì)劈拉開(kāi)裂后混凝土在不同環(huán)境中（海水、淡水和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)）的性能恢復(fù)規(guī)律和自愈合機(jī)理開(kāi)展了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：混凝土劈拉開(kāi)裂導(dǎo)致自身剛度降低，并且裂縫口張開(kāi)位移越大，剛度降低越明顯：自愈合產(chǎn)物與混凝土基體黏結(jié)強(qiáng)度較低，再次劈拉加載下試件剛度雖有恢復(fù)，但恢復(fù)值相對(duì)于初始剛度較?。毫芽p自愈合是各種物理和化學(xué)過(guò)程綜合作用的結(jié)果，愈合機(jī)理主要包括水泥的再水化作用、結(jié)晶作用、水泥水化產(chǎn)物的分解作用和顆粒雜質(zhì)等的堵塞作用。

《水利學(xué)報(bào)》2019年第7期（作者：王立成，武少赟）

黃河口尾閭段河床形態(tài)調(diào)整及過(guò)流能力變化

為全面描述黃河口尾閭段的河床形態(tài)調(diào)整及過(guò)流能力變化，采用河段平均的計(jì)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(shù)，分析河段平灘河槽形態(tài)調(diào)整特點(diǎn)、河段平灘流量變化過(guò)程及其與累積河床沖淤量的關(guān)系。結(jié)果表明：近30年來(lái)黃河尾閭段的河床形態(tài)調(diào)整過(guò)程較為復(fù)雜，河相系數(shù)在1990-2003年呈振蕩式升高，2003年以后持續(xù)減小，說(shuō)明斷面形態(tài)朝窄深方向發(fā)展;平灘流量變化與河段沖淤過(guò)程密切相關(guān)，淤積時(shí)平灘流量減小，反之則增大;建立這些河段平灘特征參數(shù)與利津站前4年汛期平均水流沖刷強(qiáng)度的冪函數(shù)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)均大于0.8，說(shuō)明黃河口尾閭段河床形態(tài)調(diào)整及過(guò)流能力變化能較好地響應(yīng)利津站水沙條件的改變。

《水科學(xué)進(jìn)展》2019年第3期（作者：楊卓媛，夏軍強(qiáng)，周美蓉，等）

基于隧道銑挖施工適應(yīng)性的圍巖質(zhì)量分級(jí)方法

國(guó)巖質(zhì)量分級(jí)是懸臂式掘進(jìn)機(jī)隧道銑挖施工方法適應(yīng)性評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。為了建立相應(yīng)圍巖質(zhì)量分級(jí)方法，首先基于瞬時(shí)掘進(jìn)速率（ICR）可綜合體現(xiàn)工程地質(zhì)條件和機(jī)械設(shè)備因素對(duì)隧道銑挖施工影響的特點(diǎn)，提出以銑挖瞬時(shí)掘進(jìn)速率為依據(jù)的隧道圍巖質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn);然后，在探討圍巖質(zhì)量分級(jí)影響因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，考慮影響因素的模糊性和層次性特點(diǎn)，建立銑挖施工隧道圍巖質(zhì)量分級(jí)的三級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并提出諸如連續(xù)型和離散型評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度及其權(quán)重向量等模型參數(shù)確定方法;同時(shí)，為減小隸屬度和權(quán)重確定的主觀性，提出確保隸屬度和權(quán)重確定的客觀性與合理性的相應(yīng)策略;最后，通過(guò)工程實(shí)例計(jì)算，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)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(xué)與工程學(xué)報(bào)》2019年第8期（作者：曹文貴，李樹(shù)林，張永杰，等）