水庫是水資源管理的重要設施，可調節徑流、攔蓄洪水、提供清潔能源，用於灌溉、航運、供水、養殖等。獲取水庫的水下地形資訊是精確量化水庫水資源與全球水迴圈影響、建模水庫水文水動力過程、評估水生態環境演變等的重要基礎。近年來，在遙感技術的支援下，學界在區域乃至全球尺度的水庫空間編目、水量變化估算等方面開展了系列研究。然而，由於衛星遙感觀測難以獲取水下地形資訊，開展區域大尺度水庫蓄水總量估算仍具挑戰性，其中，需解決的關鍵問題是研發出一種獨立於實測資料的水庫水下地形建模方法。

針對上述問題，在國家重點研發計劃專案、中國科學院戰略性先導科技專項等的支援下，中科院南京地理與湖泊研究所研究員宋春橋課題組與美國堪薩斯州立大學、河海大學、中科院地理科學與資源研究所等的科研人員合作，開展了全球河道型水庫水下地形建模和水量估算研究。相關研究成果發表在Water Resources Research和Geomorphology上，南京地理所助理研究員劉凱為論文第一作者。

該研究在系統開展全球可用數字高程模型資料精度評價的基礎上，以SRTM-1 DEM，GDRI和JRC GSW等資料為基礎，提出了一種適用於全球河道型水庫的水下地形建模和水量估算新方法（簡稱ADBAR）。該方法的核心思想是利用水庫水下未知地形和周邊可測地形的空間自相關性，體現在兩方面：水庫大壩下游-庫區-上游的河道縱剖面地形變化具有空間連續性，水庫庫區橫斷面的水下與岸帶地形形態具有地貌發育可延展性。發展該水下地形建模方法，首先利用水庫上下游已知的縱剖面高程，實現了對庫區縱剖面高程資訊的空間推測；以此縱剖面高程為約束，逐段確定庫區橫斷面形態，基於岸帶未淹沒地形資訊進行空間插值和高程剖面重建，進而實現全庫區水下地形資訊重建（圖1）。

該研究在全球共選取了48個2000年後修建蓄水的水庫（2000年2月遙測的全球SRTM DEM可提供水下地形暴露資訊），對所構建方法開展研究試驗和精度評估（圖2）；結果表明，該方法獲取的水下地形用於估算水庫蓄水總量的平均精度可達86。77%，其中，80%以上水庫（不同大小、形態、地貌特徵等）的水量估算誤差小於20%，這證明了此方法對全球水庫具有較好普適性。此外，該研究還以黃河上中游流域部分割槽域和巴西託坎廷斯河流域為樣區，開展了流域尺度河道型水庫總蓄水量的估算（圖3）；結果表明，兩個流域河道型水庫的總蓄水量分別為283。10×

108m3

和997。47×

108m3

，其中有實測記錄水庫的總估算結果與驗證資料接近，估算誤差小於10%，這進一步驗證了該方法的區域適用性。

和早期研究相比，該研究提出的方法不依賴於實測資料；也可實現對水庫全庫區水下地形資訊的重建，而不侷限於水庫消落帶。總之，該方法具有較強的空間普適性和較高的模型魯棒性。需要指出的是，該方法依賴於河道的上下游高程約束，因此，不適合少數非河道型水庫；水庫淤積對水庫水下地形和庫容的影響客觀存在，給重建的水下地形和蓄水總量估算結果帶來不確定性的現象是不可避免的，還有待深入研究該問題。

圖1。河道型水庫水下地形建模方法概念示意圖

圖2。研究樣區圖（a）全球48個驗證水庫及兩個驗證流域的空間分佈圖，（b）驗證水庫的基本資訊

圖3。流域尺度河道型水庫總蓄水量估算結果（a）黃河上中游流域部分割槽域，（b）巴西託坎廷斯河流域

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【來源：中科院之聲】

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