田福昌，苑希民，何立新，王秀杰，王麗娜，郭立兵

（1．天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2．天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072；3．河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，河北邯鄲 075000；4．中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司智慧水務(wù)分公司，天津 300074；5．寧夏回族自治區(qū)水旱災(zāi)害防御中心，寧夏銀川 750002）

1 研究背景

凌汛是冰凌堆積堵塞產(chǎn)生水流阻力而引起江河水位明顯上漲的一種水文現(xiàn)象［1］，普遍發(fā)生于高緯度高海拔寒區(qū)河流，而我國(guó)是世界上凌汛災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一。由于特殊的地理位置和水文氣象條件影響，我國(guó)寒區(qū)河流凌汛災(zāi)害（即“凌災(zāi)”）頻繁發(fā)生并造成嚴(yán)重?fù)p失，為冬春季節(jié)北方江河的重大自然災(zāi)害之一，凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)評(píng)估與防控十分困難［2］。古人云：“伏汛易搶、凌汛難防”，一語(yǔ)道出了凌汛險(xiǎn)情自古難以防御且搶險(xiǎn)極為困難，更有“凌汛決口、河官無(wú)罪”，映射出了凌汛堤防潰決災(zāi)害防守難度和人類(lèi)面對(duì)凌汛決口事件的脆弱度，尤其北方黃河寧蒙段淤積形成新懸河，防凌形勢(shì)更加嚴(yán)峻，已成為影響我國(guó)重大戰(zhàn)略——黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)建設(shè)的主要因素之一。加強(qiáng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理與科學(xué)防控，提高寒區(qū)防凌減災(zāi)能力，切實(shí)減輕凌災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，既是寒區(qū)自然災(zāi)害防治的必然需要，也是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和重大戰(zhàn)略順利實(shí)施的需要。

近年來(lái)，我國(guó)寒區(qū)河流凌汛災(zāi)害問(wèn)題引起了冰凍圈和水利學(xué)者的高度關(guān)注，同時(shí)也是防凌減災(zāi)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。由于氣溫變化、水流條件、河道邊界和人類(lèi)活動(dòng)等多重因素影響，凌汛災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境越趨復(fù)雜，呈現(xiàn)致災(zāi)因子多樣、承災(zāi)體脆弱性大等顯著特征［3-4］。寒區(qū)凌汛災(zāi)害的孕育、發(fā)生及演變與河道-堤防-泛區(qū)緊密關(guān)聯(lián)，目前對(duì)于河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛致災(zāi)成災(zāi)過(guò)程、規(guī)律、機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控方法的研究還不夠深入，在新時(shí)代水利高質(zhì)量發(fā)展以及氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)耦合作用愈發(fā)凸顯的背景下，有必要?dú)w納總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)凌汛災(zāi)害評(píng)估與防控的研究進(jìn)展，剖析現(xiàn)有研究不足，展望未來(lái)研究方向，以期為變化條件下凌汛災(zāi)害科學(xué)防御與風(fēng)險(xiǎn)量化管理提供支持。本文將分析探討凌汛成因與凌汛災(zāi)害特征、河冰及凌汛洪水?dāng)?shù)值模型、河道凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、凌汛期堤防險(xiǎn)情與潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控措施等方面的研究進(jìn)展，并在寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)凌汛災(zāi)害的理解與認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，剖析現(xiàn)有研究存在的不足，進(jìn)而提出氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)耦合驅(qū)動(dòng)下凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控領(lǐng)域未來(lái)有待深入研究和取得創(chuàng)新突破的主要方向。

2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

2.1 凌汛成因與凌汛災(zāi)害特征研究 凌汛形成、演變及其致災(zāi)成災(zāi)過(guò)程的影響因素眾多，主要包括氣溫變化、水流條件、河道邊界和人類(lèi)活動(dòng)等［5］，以上因素導(dǎo)致凌汛災(zāi)害系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成十分復(fù)雜，呈現(xiàn)多維性、模糊性以及不確定性等復(fù)雜特性。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者更多是根據(jù)寒區(qū)河流的地理環(huán)境、水文、氣象及工程情況，研究探討了不同因素對(duì)凌情與凌汛災(zāi)害及其變化的影響。

近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者主要關(guān)注氣候變化對(duì)凌汛形成與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響。其中Beltaos［6］研究了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)調(diào)控下河道封河水位、流量對(duì)Peace-Athabasca Delta 冰塞洪水的影響，證明凌汛形成及其致災(zāi)過(guò)程對(duì)氣候和水動(dòng)力因素比較敏感，認(rèn)為量化不同因素對(duì)凌汛洪水災(zāi)害的影響程度，具有重要意義。Takács 等［7］分析了氣候變化條件下Drava River 下游1875年以來(lái)河冰演變的時(shí)間特征，主要體現(xiàn)在河冰封凍時(shí)間推遲、解凍時(shí)間提前，河冰覆蓋的時(shí)間明顯減少，認(rèn)為氣溫與河冰生消演變的相關(guān)性最強(qiáng)。Rokaya 等［8］評(píng)估了氣候變化條件下加拿大Athabasca River 未來(lái)2041年至2070年發(fā)生冰塞洪水的可能性。Turcotte 等［9］提出了一個(gè)描述氣候變化、河道流量、河流形態(tài)與河冰過(guò)程及輸沙響應(yīng)的研究框架，并初步建立了各類(lèi)影響因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，探討了氣候變化對(duì)加拿大Quebec 冰壩潰決事件頻率和冰塞洪水風(fēng)險(xiǎn)的影響。

國(guó)內(nèi)學(xué)者主要以黃河凌汛為研究對(duì)象，探討了凌汛成因及其對(duì)凌情及凌汛災(zāi)害的影響，揭示了凌汛災(zāi)害演變特征。其中馮國(guó)華等［10］分析了成冰期、結(jié)冰期、融冰期、消冰期的冰情演變特征，認(rèn)為熱力、動(dòng)力和河勢(shì)是凌汛三大主要成因。閆新光［11］研究得出封河冰面低、冰下過(guò)流能力弱、槽蓄水增量大、冰層偏厚、氣溫變幅大、河道堆冰壅高水位等是黃河特大凌汛成因。近年來(lái)，劉吉峰等［12］、鄧宇等［13］分析了氣溫變化對(duì)黃河寧蒙段流凌時(shí)間、封河時(shí)間、開(kāi)河時(shí)間以及冰蓋厚度等凌情的影響。雷鳴等［14］、冀鴻蘭等［15］研究了龍羊峽和劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)控以及萬(wàn)家寨水庫(kù)運(yùn)用對(duì)黃河寧蒙段凌情及凌汛災(zāi)害的影響，認(rèn)為水庫(kù)調(diào)度對(duì)凌汛威脅減輕具有重要作用。蘇騰等［16］探討了黃河寧蒙段水文-水溫過(guò)程和河道形態(tài)變化對(duì)凌汛的影響，認(rèn)為凌汛期徑流量、水溫、河道斷面面積和平均水深等均呈現(xiàn)逐年增大趨勢(shì)，有助于減小凌汛災(zāi)害發(fā)生幾率，緩解開(kāi)河期可能出現(xiàn)的凌汛災(zāi)情。關(guān)于凌汛災(zāi)害特征研究，郜國(guó)明等［2］認(rèn)為黃河凌汛災(zāi)害具有孕災(zāi)環(huán)境復(fù)雜、突發(fā)鏈發(fā)性強(qiáng)、防御困難等特征，是我國(guó)冬春季節(jié)大江大河中極為突出的自然災(zāi)害。劉吉峰等［17］總結(jié)了冰凌災(zāi)害變化特征，即表現(xiàn)為流凌、封河與開(kāi)河時(shí)間推遲，首封地點(diǎn)下移，封開(kāi)河不穩(wěn)定，冰下過(guò)流能力降低、槽蓄水增量增大，封開(kāi)河水位偏高、凌峰流量偏小、凌情形勢(shì)更復(fù)雜。潘進(jìn)軍等［18］認(rèn)為黃河內(nèi)蒙古段開(kāi)河期災(zāi)情重于封河期，凌汛漫堤決口災(zāi)害具有突發(fā)性。郭立兵等［5］根據(jù)黃河寧蒙段歷年凌汛期實(shí)測(cè)凌情及災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了凌汛致災(zāi)影響因素及災(zāi)害演變特征，但尚未建立影響因素與災(zāi)害特征之間的量化關(guān)系。張金良等［19］建立了黃河寧蒙段河道沖淤演變特征指標(biāo)（平灘流量）與凌情變化表征指標(biāo)（冰下過(guò)流能力、槽蓄水增量）的響應(yīng)關(guān)系。田福昌等［4］研究了黃河寧蒙段凌汛壅水漫灘、穿堤溝渠凌洪倒灌、凌洪漫潰堤和工程設(shè)施破壞等各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的分布特征。

2.2 河冰及凌汛洪水?dāng)?shù)值模型研究 國(guó)內(nèi)外對(duì)于凌汛洪水演進(jìn)數(shù)值模擬方法及模型研究，基本可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是河冰生消演變及冰塞壅水過(guò)程模擬的“機(jī)理”模型，即通過(guò)水力模型、熱力模型和冰凍模型的集成耦合，模擬河流結(jié)冰、封凍和解凍過(guò)程，比如RICE、DynaRICE、CE-QUAL-W2、RIVICE 等；另一類(lèi)是凌汛壅水風(fēng)險(xiǎn)模擬的“概念”模型，即通過(guò)輸入冰蓋、冰塞、冰壩相關(guān)描述參數(shù)，計(jì)算冰蓋厚度、凌汛水位、水深等水力要素，比如HEC-2、River 2D、ICEJAM 等。1970年代后，河流凌汛災(zāi)害逐漸引起國(guó)際專家學(xué)者關(guān)注［20-22］。在國(guó)外，Beltaos［23-24］提出基于漂浮冰塊內(nèi)外力靜態(tài)平衡關(guān)系的表面冰最大堆積厚度計(jì)算方法。Shen 等［25］通過(guò)冰蓋生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了表面冰輸移受阻形成冰塞冰壩演變過(guò)程的模擬，并研發(fā)了DynaRICE 模型。Huang等［26］構(gòu)建了St．Lawrence 河道岸冰與冰蓋形成發(fā)展過(guò)程模擬的二維河冰模型。Hirayama 等［27］和Liu 等［28］研究了日本河冰現(xiàn)象及機(jī)理問(wèn)題，應(yīng)用DynaRICE二維河冰模型模擬了日本Shokotsu河冰期武開(kāi)河冰壩形成演變過(guò)程。Ian等［29］將DynaRICE 模型應(yīng)用于St．Marys 河冰蓋下水內(nèi)冰輸移、堆積與開(kāi)河冰壩形成的模擬。Brayall［30］應(yīng)用River 2D 模型模擬了Hay River 三角洲卡冰條件下不同流量對(duì)應(yīng)河道水位的變化情況。Lindenschmidt［31-33］研發(fā)了一維河冰模型RIVICE，模擬了Athabasca River 冰蓋形成、推移及冰塞壅水過(guò)程，并探討了凌汛洪水風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果對(duì)模型參數(shù)的敏感性。Krylenko 等［34］建立了河流智能監(jiān)管系統(tǒng)中的冰塞洪水模型架構(gòu)。我國(guó)在天然河道與輸水渠道河冰數(shù)值模擬方面同樣取得較大研究進(jìn)展，楊開(kāi)林、王軍和郭新蕾等［35-37］梳理了河流冰塞數(shù)值模擬與冰水力學(xué)研究進(jìn)展，提出較為系統(tǒng)的河冰數(shù)值模型理論。茅澤育和吳劍疆等［38-39］建立了河道水內(nèi)冰及冰塞形成演變的冰水耦合數(shù)學(xué)模型。徐國(guó)賓［40］、趙新［41］研究河冰演變一維數(shù)學(xué)模型理論，構(gòu)建了大型輸水工程冰期輸水能力模擬模型。王軍等［42-43］和程保磊［44］模擬了彎道河冰運(yùn)動(dòng)特性、冰蓋形成及冰厚變化、冰塞堆積以及封凍期橋墩壅水過(guò)程。穆祥鵬等［45-46］和郭新蕾等［47］通過(guò)長(zhǎng)距離輸水渠道流冰輸移演變數(shù)值模擬，研究了渠道冰期安全運(yùn)行措施。王濤等［48］應(yīng)用一維冰情數(shù)學(xué)模型模擬了黃河內(nèi)蒙古段典型冰情發(fā)展過(guò)程。潘佳佳等［49-50］建立了涵蓋二維水沙數(shù)值模擬、河冰動(dòng)力學(xué)模擬和岸灘侵蝕模擬的河流水冰沙耦合模型。李超［51］和趙水霞［52］應(yīng)用DynaRICE 模型，分析了黃河內(nèi)蒙古段河冰生消演變特性和封開(kāi)河冰塞熱力學(xué)原理。我國(guó)于2008年編制了《凌汛計(jì)算規(guī)范》（SL 428-2008）［53］。

2.3 河道凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究 寒區(qū)河流凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)通常暴露于不同的結(jié)構(gòu)單元，主要有河道凌汛（冰塞/冰壩）壅水風(fēng)險(xiǎn)、堤防滲透滑塌及漫潰決風(fēng)險(xiǎn)、堤外泛區(qū)凌汛洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)，相比于伏汛洪水風(fēng)險(xiǎn)研究而言，國(guó)內(nèi)外關(guān)于河道凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究成果還相對(duì)較少。國(guó)外學(xué)者主要是采用數(shù)值模擬和情景分析相結(jié)合的方法，近年來(lái)，Beltaos［54］提出了冰塞洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)值模擬方法，同時(shí)明確了其在冰塞位置、冰凌堵塞程度等條件設(shè)定方面的局限性。Frolova 等［55］計(jì)算了俄羅斯北部河道不同冰塞洪水水位條件下的淹沒(méi)水深與淹沒(méi)歷時(shí)，并評(píng)估了經(jīng)濟(jì)損失。Lindenschmidt 等［56-59］應(yīng)用冰塞數(shù)值模型RIVICE模擬了加拿大Peace River和Red River不同冰塞情景對(duì)應(yīng)的水位剖面，繪制了凌汛洪水風(fēng)險(xiǎn)圖和災(zāi)害損失脆弱性圖，之后總結(jié)了冰凌洪水研究現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，強(qiáng)調(diào)了冰凌災(zāi)害分析及凌洪風(fēng)險(xiǎn)圖重要性，構(gòu)建了適應(yīng)氣候變化的寒區(qū)河流凌汛洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)圖研究架構(gòu)，為未來(lái)防凌減災(zāi)理論技術(shù)研究提供了重要方向。而國(guó)內(nèi)學(xué)者主要是構(gòu)建了凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系及模型，其中羅黨等［60-61］構(gòu)建了凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系（水位、流量、氣溫），并建立了基于VIKOR 擴(kuò)展法和GMP（1，1，N）的黃河內(nèi)蒙古段凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。李鈺雯［62］構(gòu)建了河道斷面凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系（水位、流量、流凌歷時(shí)和封河歷時(shí)）及灰色預(yù)測(cè)決策評(píng)估模型。李詩(shī)［63］建立了長(zhǎng)距離河段冰塞險(xiǎn)情發(fā)生可能性的評(píng)估指標(biāo)體系（流量、流凌密度、氣溫和水溫）、冰壩災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系（流量、氣溫、流凌密度、河道狀況和工程影響）、凌情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系（流量、氣溫和工程影響）及對(duì)應(yīng)的灰色決策模型。吳佳林［64］構(gòu)建了河道斷面冰塞災(zāi)害發(fā)生可能性的評(píng)估指標(biāo)體系（氣溫、流量、水深和河道寬度）、凌汛易發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系（流量、氣溫和水位）。吳嵐［65］建立了基于分形理論的黃河頭道拐至萬(wàn)家寨段凌汛災(zāi)前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型以及內(nèi)蒙古段歷史凌汛洪水災(zāi)害（災(zāi)后損失）評(píng)估模型。之后，Mao 等［66］歸納了前人構(gòu)建的凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，并提出了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)相互作用分析的灰色粗糙DEMATEL 方法，初步揭示了凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)之間復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可為河流凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供重要參考。苑希民等［67］提出了一種基于分形理論和SVM 的高分遙感凌汛災(zāi)害信息智能識(shí)別提取方法，為凌汛災(zāi)害河冰快速識(shí)別與智能分類(lèi)提供了技術(shù)支持。

2.4 凌汛期堤防險(xiǎn)情與潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于凌汛期堤防險(xiǎn)情與潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究，主要集中于采用實(shí)測(cè)資料分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)等方法研究堤防險(xiǎn)情的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。關(guān)于凌汛期堤防險(xiǎn)情演化過(guò)程及特性研究，李錦榮等［68］研究了黃河烏蘭布和沙漠段歷年凌汛期河岸動(dòng)態(tài)變化情況，認(rèn)為隨著冰面萎縮-擴(kuò)張-萎縮的動(dòng)態(tài)變化，下游溫差與兩岸地勢(shì)是凌汛期河岸變化的主要影響因素。戴長(zhǎng)雷等［69］和CHEN［70］利用Geo-studio 軟件構(gòu)建了凌汛期堤防滲流計(jì)算模型，模擬了凍結(jié)殼影響下堤防滲流路徑變化，與伏汛期相比，凌汛期堤防內(nèi)部滲透系數(shù)較小，滲流最大速度與最大坡降均較伏汛期明顯提升，更易引起管涌、崩塌等險(xiǎn)情。李洋［71］建立了變水位條件下凌汛影響的堤防滲流模擬模型，并分析了堤防內(nèi)部壓力線、滲流路徑、滲流速率、滲透坡降、最小安全系數(shù)的變化情況，為凌汛期堤防險(xiǎn)情演化特性研究及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供了有利借鑒。劉昉等［72］建立了無(wú)黏性土堤彎道水槽物理模型，將凍土條件下無(wú)黏性土堤漫頂潰決過(guò)程分為滲透過(guò)流、堤后沖刷、橫向展寬、沖淤平衡四個(gè)階段，進(jìn)一步深化了對(duì)凌汛期堤防潰決演化過(guò)程的認(rèn)識(shí)。關(guān)于潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，Vorogushyn 等［73］研發(fā)了一種考慮潰堤概率的洪水災(zāi)害評(píng)估模型IHAM，能夠輔助生成概率性洪水危險(xiǎn)地圖與某種破壞概率下堤防災(zāi)害圖，實(shí)現(xiàn)了洪水危險(xiǎn)性與堤防災(zāi)害耦合考慮。隨著我國(guó)重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制，潰堤洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究取得長(zhǎng)足進(jìn)展，比如，苑希民等［74-75］和田福昌［76］較為系統(tǒng)地研究了河道-泛區(qū)一二維耦合與全二維水動(dòng)力耦合模型，開(kāi)展了漫潰堤洪水耦合計(jì)算與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2.5 凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控措施研究 流量控制、切割冰蓋、河道開(kāi)孔、爆破和機(jī)械破冰是防凌破冰緩解災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的主要防控措施，其中爆破法破凌包括飛機(jī)投彈轟炸、迫擊炮破冰、人工定點(diǎn)爆破等［77］。早在1758年，德國(guó)第一次成功實(shí)施了冰凌爆破。美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)［78-80］利用多年冰下爆破試驗(yàn)資料，建立了爆破坑半徑、炸藥用量和冰蓋厚度之間的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)爆破效果與炸藥類(lèi)型基本無(wú)關(guān)。加拿大最早在1989年就將河道動(dòng)力破冰機(jī)應(yīng)用于河流凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控，1995年之后，美國(guó)也開(kāi)始使用。而我國(guó)主要以黃河和黑龍江凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控措施的研究成果最具代表性。1990年代，徐劍鋒［81］首次系統(tǒng)梳理黃河內(nèi)蒙古段凌汛災(zāi)害事件，提出加固堤防、整治河道、加強(qiáng)冰情預(yù)報(bào)、控制水庫(kù)調(diào)度、運(yùn)用破冰措施、新建海勃灣水庫(kù)等防凌綜合措施。之后，牛運(yùn)光［82］提出利用水庫(kù)調(diào)節(jié)河道流量與分泄河槽蓄水，減少開(kāi)河期來(lái)水量，配合破冰措施和防護(hù)方法，綜合防控凌汛災(zāi)害；閆新光［83］提出了“提前分凌、主動(dòng)破冰、嚴(yán)防死守、應(yīng)急滯洪”的防凌總方針，研究了“撤、調(diào)、分、泄、疏、堵、安”的防凌搶險(xiǎn)措施；孟聞遠(yuǎn)等［84］和蔡彬等［85］提出了“變被動(dòng)防御為主動(dòng)防御、變軍隊(duì)?wèi)?yīng)急機(jī)制為軍民聯(lián)合防治”理念的黃河防凌減災(zāi)新方案；郜國(guó)明等［86］和滕翔等［87］提出黃河凌汛險(xiǎn)情應(yīng)急處置措施，并分析了黃河內(nèi)蒙古段應(yīng)急分凌區(qū)運(yùn)用成效；孫宗義等［88］認(rèn)為上游梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度對(duì)下游河段洪水增溫和寧蒙段凌汛威脅減輕具有重要作用；鄧宇等［89］、何厚軍等［90］和劉彩鳳［91］研究了無(wú)人機(jī)航測(cè)、遙感及遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警技術(shù)在凌情、凌汛災(zāi)害管控過(guò)程中的試驗(yàn)應(yīng)用。徐路凱等［92］設(shè)計(jì)了具備凌汛災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)管理、調(diào)控決策與效果評(píng)估等功能的黃河智慧防凌云平臺(tái)。在防凌破冰措施方面，丁留謙等［77］探討了河道動(dòng)力破冰機(jī)和氣墊船輔助爆破兩種破冰防凌技術(shù)，為新型破冰技術(shù)研究起到一定推動(dòng)作用；劉一川等［93］對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外常用的防凌破冰方法，認(rèn)為機(jī)械破冰是實(shí)踐應(yīng)用的首選；劉之平等［94］和路錦枝等［95］在黑龍江進(jìn)行了防凌爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出并驗(yàn)證了爆破坑半徑計(jì)算公式；楊開(kāi)林等［96］基于黑龍江爆破試驗(yàn)，提出了冰下爆破形成溫度場(chǎng)預(yù)防冰壩的基礎(chǔ)理論；焦廣昶等［97］和許冠超等［98］開(kāi)展了冰凌定點(diǎn)爆破的數(shù)值模擬，可與現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證。

3 研究存在的不足

近30年來(lái)，國(guó)內(nèi)外寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控的研究成果顯著，推動(dòng)了防凌減災(zāi)領(lǐng)域理論方法體系的構(gòu)建與發(fā)展，尤其體現(xiàn)在凌汛成因與凌汛災(zāi)害特征、河冰及凌汛洪水?dāng)?shù)值模型、河道凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、凌汛期堤防險(xiǎn)情與潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控措施等方面。然而在新時(shí)代水利高質(zhì)量發(fā)展的迫切需求牽引下，凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控研究還需要進(jìn)一步深化與拓展，下面結(jié)合作者對(duì)于寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害的理解與認(rèn)識(shí)，剖析現(xiàn)有研究存在的不足。

3.1 寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)凌汛災(zāi)害的理解與認(rèn)識(shí) 寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)是一個(gè)整體關(guān)聯(lián)、復(fù)雜開(kāi)放的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要包括：河道凌汛（冰塞/冰壩）壅水風(fēng)險(xiǎn)、堤防滲透和坍塌風(fēng)險(xiǎn)、堤防漫潰決風(fēng)險(xiǎn)、堤外泛區(qū)凌汛洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)［4］，以堤防工程作為中間載體，存在對(duì)應(yīng)于“河道-堤防-泛區(qū)”的凌汛“壅水-潰堤-淹沒(méi)”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈（圖1），在氣溫變化、水流條件、河道邊界和人類(lèi)活動(dòng)等各類(lèi)因素耦合驅(qū)動(dòng)下，凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生歸因于凌災(zāi)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)險(xiǎn)情的動(dòng)態(tài)突變，并在相鄰結(jié)構(gòu)單元之間層層傳遞連接，且存在相互影響。由此可見(jiàn)，寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛致災(zāi)成災(zāi)過(guò)程復(fù)雜且影響因素繁多，存在凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈條效應(yīng)，但目前尚缺少對(duì)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)整體性和系統(tǒng)性的深刻認(rèn)識(shí)，需要從系統(tǒng)論整體視角深化對(duì)河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛致災(zāi)成災(zāi)過(guò)程、規(guī)律及機(jī)制的認(rèn)識(shí)，圍繞“河道-堤防-泛區(qū)”這一整體，深入開(kāi)展凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈條效應(yīng)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制、凌汛險(xiǎn)生致災(zāi)全過(guò)程耦合數(shù)值模型、凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈定量化評(píng)估、凌汛期堤防險(xiǎn)情演化機(jī)制及智能預(yù)測(cè)、凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急防控決策支持系統(tǒng)、凌汛災(zāi)害“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”數(shù)字孿生平臺(tái)等研究，以進(jìn)一步豐富和提升新時(shí)期凌汛災(zāi)害防治的理論方法體系。

圖1 寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈邏輯框圖

3.2 研究不足剖析 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控的研究，主要存在以下幾方面不足：（1）現(xiàn)有成果已經(jīng)基本厘清凌汛主要成因與災(zāi)害特征，更多研究了氣溫變化、水庫(kù)調(diào)度、河道沖淤等單一因素影響下凌情及凌汛災(zāi)害的變化規(guī)律或趨勢(shì)，但尚未深入揭示氣溫變化、水流條件、河道邊界和人類(lèi)活動(dòng)等多因素耦合驅(qū)動(dòng)下凌情與凌汛災(zāi)害的演變特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，且少有學(xué)者研究河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害鏈條效應(yīng)。此外，已有學(xué)者主要基于熱力環(huán)境和水流動(dòng)力因素，建立了凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的理論框架，從不同角度構(gòu)建了河道凌汛災(zāi)害評(píng)估指標(biāo)體系，但較少考慮堤防工程條件、河勢(shì)彎道參數(shù)和防凌調(diào)控工程的影響，且研究尺度多為河道固定斷面或長(zhǎng)距離河段，仍局限于河道內(nèi)部凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，尚需進(jìn)一步構(gòu)建更為全面、涵蓋河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的小尺度河段凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系及模型；（2）現(xiàn)有成果多集中于河冰形成及演變過(guò)程的數(shù)值模擬，主要體現(xiàn)在運(yùn)用河道一維冰情模型或二維冰水（沙）模型模擬河冰生消演變或凌汛壅水風(fēng)險(xiǎn)，雖已形成較為成熟的河冰計(jì)算模型，但少有學(xué)者研究河道-堤防-泛區(qū)整體關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的凌汛洪水耦合數(shù)值模型；（3）現(xiàn)有成果已經(jīng)逐步關(guān)注凌汛期堤防險(xiǎn)情及潰堤災(zāi)害問(wèn)題研究，在凌汛期堤防險(xiǎn)情演化過(guò)程分析、伏汛期潰堤洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面取得一定進(jìn)展，但較少開(kāi)展凌汛期堤防危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及險(xiǎn)情預(yù)測(cè)研究，且未能建立河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的整體分析視角，缺少考慮堤防危險(xiǎn)性或失事概率的凌汛潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估成果；（4）現(xiàn)有成果更多關(guān)注凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控工程措施研究，目前雖已初步構(gòu)建防凌決策智慧平臺(tái)，未來(lái)還需在智慧水利與高新信息技術(shù)高度融合發(fā)展背景下，繼續(xù)加強(qiáng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控非工程措施研究，以更好滿足新時(shí)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)防凌減災(zāi)安全保障的迫切需要。

4 研究展望

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)的快速發(fā)展，并在防洪防凌減災(zāi)領(lǐng)域逐漸深入融合與應(yīng)用，面對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的耦合驅(qū)動(dòng)作用愈發(fā)凸顯，凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控還存在亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)瓶頸。筆者基于寒區(qū)凌汛災(zāi)害“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-凌災(zāi)機(jī)制-演變規(guī)律-防凌決策”的貫通思路，提出河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控未來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)或研究方向。

4.1 河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害鏈條效應(yīng)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究 筆者認(rèn)為河道、堤防、泛區(qū)實(shí)質(zhì)構(gòu)成一個(gè)整體關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，但目前尚缺少凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)整體性和系統(tǒng)性的深刻認(rèn)識(shí)，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境凌汛災(zāi)害驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究，需調(diào)整分析問(wèn)題的思維視角，從系統(tǒng)論和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理角度，分析寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體三類(lèi)要素指標(biāo)，構(gòu)建凌汛致災(zāi)-孕災(zāi)-承災(zāi)三層架構(gòu)體系，深入揭示河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛壅水-潰堤-淹沒(méi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生、傳遞、連接和反饋過(guò)程及機(jī)理，并利用人工智能深度學(xué)習(xí)算法和混沌分形理論辨識(shí)氣溫變化、水流條件（動(dòng)力因素、小流量高水位）、河道邊界（冰塞冰壩彎道效應(yīng)、河床沖淤演變）和人類(lèi)活動(dòng)（以水庫(kù)與分凌區(qū)應(yīng)急調(diào)控為主）等多因素耦合作用下的凌汛災(zāi)害演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制（圖2），通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和解耦技術(shù)，探討凌汛災(zāi)害關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，從而進(jìn)一步深化對(duì)河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛致災(zāi)成災(zāi)過(guò)程、規(guī)律及機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為寒區(qū)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估、防控及防凌減災(zāi)決策提供更為豐富的基礎(chǔ)理論依據(jù)。

圖2 寒區(qū)河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害鏈條效應(yīng)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究架構(gòu)圖

4.2 河冰演變-凌汛壅水-堤防險(xiǎn)情-泛區(qū)淹沒(méi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)耦合模型研究 河道-堤防-泛區(qū)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在凌汛壅水（河道）、堤防滲透坍塌與漫潰決（堤防）、漫潰堤洪水淹沒(méi)（泛區(qū)），而這三類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)存在密切的災(zāi)害鏈誘發(fā)聯(lián)動(dòng)關(guān)系，當(dāng)前多是對(duì)于單類(lèi)型凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，缺乏災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈耦合模擬模型。因此在凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論不斷完善、計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步的推動(dòng)下，考慮河道水沙冰耦合輸移過(guò)程、凌汛冰塞冰壩形成演變、凌汛壅水漫灘和堤防邊坡沖蝕、堤防滲透破壞險(xiǎn)情、堤防漫溢和潰決淹沒(méi)等風(fēng)險(xiǎn)鏈條全過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，研究建立河冰演變-凌汛壅水-堤防險(xiǎn)情-泛區(qū)淹沒(méi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈耦合模型，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害全過(guò)程的耦合聯(lián)動(dòng)模擬，既是未來(lái)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)化數(shù)值仿真的必然發(fā)展趨勢(shì)，也是凌汛災(zāi)害防御與風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)際需要，亟需取得突破。

4.3 河道凌汛壅水-堤防潰決-泛區(qū)淹沒(méi)耦合風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估研究 國(guó)內(nèi)外目前初步開(kāi)展了凌汛（冰塞/冰壩）壅水、堤防工程破壞、堤外泛區(qū)淹沒(méi)等單一風(fēng)險(xiǎn)的變化及其影響程度評(píng)估研究，但更多是假定凌汛冰塞或冰壩發(fā)生條件下的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立的凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系還不夠全面，尤其缺少堤防工程這一重要媒介性環(huán)境載體，尚未構(gòu)成較為完整的、面向河道凌汛壅水-堤防潰決-泛區(qū)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)鏈的凌汛致災(zāi)-孕災(zāi)-承災(zāi)架構(gòu)指標(biāo)體系，而且難以支撐防凌決策對(duì)于凌汛易發(fā)河段、堤防險(xiǎn)工段、重點(diǎn)防控洪泛區(qū)域的分級(jí)分區(qū)判定需求，筆者認(rèn)為下一步需要在河道-堤防-泛區(qū)系統(tǒng)凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈條效應(yīng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)制辨識(shí)的基礎(chǔ)上，綜合變異系數(shù)法、層次分析法（AHP）、模糊層次分法（FAHP）、熵權(quán)法等多種方法相結(jié)合，考慮氣溫變化、水流條件、河道邊界和人類(lèi)活動(dòng)等凌汛成因，研究凌汛（冰塞/冰壩）易發(fā)河段與堤防險(xiǎn)工段定量診斷以及凌汛壅水作用下潰堤淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估的指標(biāo)體系和方法（圖3），基于河冰演變-凌汛壅水-堤防險(xiǎn)情-泛區(qū)淹沒(méi)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)耦合模型，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估，從而進(jìn)一步豐富凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論。

圖3 寒區(qū)河道凌汛壅水-堤防潰決-泛區(qū)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估研究架構(gòu)圖

4.4 凌汛期堤防凍融險(xiǎn)情演化動(dòng)力機(jī)制及智能預(yù)測(cè)研究 寒區(qū)凌汛（冰塞/冰壩）壅水造成堤防偎水、沖刷、淘蝕、滑塌、裂縫等險(xiǎn)情頻繁發(fā)生，極端天氣條件下堤防漫潰決險(xiǎn)情仍是凌汛災(zāi)害防御最為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。凌汛期堤防工程存在明顯的周期性凍融過(guò)程，由于凌汛高水位期間堤防長(zhǎng)期偎水浸泡和冰凍，導(dǎo)致土壤含水量增大、土質(zhì)松軟，堤防土體黏結(jié)力和抵御滲透滑塌破壞的能力顯著降低。堤防凍融土體在遭遇穩(wěn)封期高水位、開(kāi)河期水位瞬間回落的聯(lián)合作用下，易于造成穩(wěn)封期堤防背水邊坡滑塌險(xiǎn)情、開(kāi)河期堤防臨水邊坡沖蝕坍塌險(xiǎn)情，凌汛期堤防岸坡失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn)明顯加劇。因此，未來(lái)需采用原型監(jiān)測(cè)、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析、人工智能、混沌分形及多學(xué)科交叉融合方法，探究變化水位條件下凌汛期堤防凍融險(xiǎn)情演化規(guī)律及其動(dòng)力機(jī)制，耦合考慮凌汛變水位和土體凍融等多驅(qū)動(dòng)因子，揭示單一因素及多因素組合條件與堤防滲透滑塌險(xiǎn)情變化的關(guān)聯(lián)特性，同時(shí)建立凌汛期變水位耦合土體凍融條件下堤防險(xiǎn)情演化機(jī)制耦合仿真模型，模擬凌汛期堤防險(xiǎn)情演化過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)耦合機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法，探究凌汛期堤防險(xiǎn)情時(shí)空演化過(guò)程預(yù)測(cè)原理，利用深度學(xué)習(xí)對(duì)變水位條件下凍土堤防險(xiǎn)情演化機(jī)制進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練和深度識(shí)別，研究建立凌汛期堤防險(xiǎn)情時(shí)空演化過(guò)程智能預(yù)測(cè)方法；此外針對(duì)缺資料地區(qū)長(zhǎng)距離多彎道堤防險(xiǎn)情的同步預(yù)測(cè)難題，厘清凌汛期堤防險(xiǎn)情關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子的空間差異特征，探討基于深度遷移學(xué)習(xí)的凌汛期堤防險(xiǎn)情演化預(yù)測(cè)模型參數(shù)微調(diào)原理，明晰凌汛期堤防險(xiǎn)情演化過(guò)程的預(yù)測(cè)思路，進(jìn)而提出適用于缺資料地區(qū)凌汛期長(zhǎng)距離多彎道堤防險(xiǎn)情演化過(guò)程的深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)方法，以上研究可為寒區(qū)凌汛期堤防險(xiǎn)情災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的早期識(shí)別與實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)警提供重要支持，此為防凌減災(zāi)未來(lái)發(fā)展的另一重點(diǎn)研究方向。

4.5 凌汛災(zāi)害監(jiān)測(cè)-預(yù)警-評(píng)估-防控應(yīng)急決策支持系統(tǒng)研究 隨著水利信息化與智慧水利的快速發(fā)展以及防凌減災(zāi)理論技術(shù)的不斷創(chuàng)新突破，凌汛災(zāi)害防御各環(huán)節(jié)不斷耦合銜接與協(xié)同聯(lián)動(dòng)，當(dāng)前已經(jīng)具備凌汛災(zāi)害監(jiān)測(cè)-預(yù)警-評(píng)估-防控全鏈條應(yīng)急決策支持系統(tǒng)建立的支撐條件，需要在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)凌汛期冰情、水情及堤防滲透滑塌險(xiǎn)情的組網(wǎng)監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警技術(shù)研究，提出凌汛期河道冰塞冰壩災(zāi)害、堤防險(xiǎn)情破壞災(zāi)害、泛區(qū)凌洪淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)等監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系及其定量化預(yù)警閾值，并運(yùn)用高精密傳感器和高分遙感新技術(shù)提升監(jiān)測(cè)預(yù)警精度與時(shí)效性，同時(shí)集成河冰演變-凌汛壅水-堤防險(xiǎn)情-泛區(qū)淹沒(méi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈耦合模型及風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法，自動(dòng)化模擬與展示凌汛洪水動(dòng)態(tài)變化及其致災(zāi)影響全過(guò)程，實(shí)時(shí)量化評(píng)估凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)以及水庫(kù)與分凌區(qū)調(diào)控減災(zāi)效果，構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的全生命周期智慧防凌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)凌汛災(zāi)害監(jiān)測(cè)-預(yù)警-評(píng)估-防控全鏈條的防凌減災(zāi)應(yīng)急決策支持。此項(xiàng)研究有助于提升凌汛災(zāi)害防御的信息化和智能化水平，亟需在水利高質(zhì)量發(fā)展背景下取得突破性進(jìn)展。

4.6 智慧水利背景下凌汛災(zāi)害“四預(yù)”數(shù)字孿生平臺(tái)研究 基于數(shù)字孿生平臺(tái)的預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)演、預(yù)案（簡(jiǎn)稱“四預(yù)”）既是新時(shí)代智慧水利的重要建設(shè)內(nèi)容，也是凌汛災(zāi)害科學(xué)防御的重要技術(shù)手段。因此，在凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控不斷取得創(chuàng)新突破的同時(shí)，未來(lái)需要利用3S 技術(shù)、無(wú)人機(jī)航拍、BIM 技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、模型庫(kù)、算法庫(kù)等，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，研究凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控領(lǐng)域數(shù)字孿生平臺(tái)的構(gòu)建與優(yōu)化展示方法，建立流域及重點(diǎn)工程三維虛擬仿真場(chǎng)景，并在數(shù)字場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)凌汛災(zāi)害在線監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示與險(xiǎn)情預(yù)警、凌汛災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)、凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與防凌指揮決策行動(dòng)動(dòng)態(tài)預(yù)演、凌汛災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控預(yù)案自動(dòng)化生成與智慧化管理，形成虛實(shí)結(jié)合、孿生互動(dòng)、數(shù)字賦能的防凌減災(zāi)發(fā)展新形態(tài)，綜合提升凌汛災(zāi)害防御的“四預(yù)”能力。此項(xiàng)研究充分體現(xiàn)了水利工程、人工智能、災(zāi)害學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理信息學(xué)等多學(xué)科交叉發(fā)展特色與優(yōu)勢(shì)，有助于推動(dòng)防凌減災(zāi)不斷邁入新的發(fā)展階段。