全球变暖引起洪水和干旱事件更加频繁和强烈，严重威胁人类生存和社会经济可持续发展，水库等传统的灰色基础设施已经不足以解决问题，必须通过绿色的基于自然的解决方案。湿地生态系统具有很强的水文调蓄功能，可作为解决洪水干旱的重要绿色基础设施，应对未来洪水干旱风险。如何联合重要绿色基础设施（湿地）和灰色基础设施（水库）共同调蓄以最大程度的增强流域洪水干旱风险应对能力？目前仍缺乏相关研究，也是水科学领域亟待解决的前沿科学问题。 

　　针对上述科学问题，东北地理所水文与水资源学科组研究人员提出了考虑湿地-水库联合调蓄的流域洪水干旱情势预估研究思路（图1），利用耦合湿地模块的流域水文模型（PHYSITEL/HYDROTEL模拟平台）和水库调度算法（ResSimOpt-Matlab），自上游向下游耦合了“上游湿地水文调蓄—中游水库调度+湿地水文调蓄—下游湿地水文调蓄”过程，实现了考虑湿地-水库联合调蓄的流域水文过程模拟。在此基础上，采用偏差校正后的第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）多情景模式数据，预估了不同共享社会经济路径下（SSP126、SSP370和SSP585）嫩江流域不同时段（近期：2026-2050；本世纪中叶：2051-2075；本世纪末：2076-2100）洪水干旱演变特征，揭示了未来气候情景下考虑湿地-水库联合调蓄的流域洪水干旱情势。

　　图1. 考虑湿地-水库联合调蓄的流域洪水干旱情势预估研究思路 

　　(a)流域湿地-水库联合调蓄的分布式耦合框架；(b)基于CMIP6的多情景数据的集合平均；(c)基于阈值法洪水事件的确定和特征的提取；(d)基于游程理论的干旱事件的确定及特征的提取。 

　　研究发现，耦合湿地-水库联合调蓄后，流域水文模型的拟合优度指数均有所提升，表现在克林效率系数、Nash-Sutcliffe系数和相关系数的提高及均方根误差和相对偏差的降低，且模拟结果的流量历时曲线总体更接近于观测的径流数据（图2）。此外，耦合湿地-水库联合调蓄后的流域水文模型模拟的水文干旱特征（持续时间、强度和极端低流量）和洪水特征（洪峰流量、洪量和持续时间）更接近于基于观测数据获取的结果。可见，耦合湿地-水库联合调蓄的流域水文模型可提高水文过程模拟精度，更好地模拟流域洪水和干旱事件，为流域洪水干旱预测和风险应对提供重要科学支撑。 

　　图2. 有/无湿地—水库联合调蓄的流域水文模型拟合优度指数的差异性 

　　注：KGE: 克林效率系数；NSE：Nash-Sutcliffe系数；CC：相关系数；RMSE：均方根误差；Pbias：相对偏差 

　　基于CMIP6多情景模拟的未来洪水（洪水持续时间-洪峰流量-洪量关系特征）和干旱（干旱强度-持续时间关系）情势发现，湿地和水库联合调蓄作用引起未来洪水和干旱的持续时间、强度和峰值流量大幅度减少及极端低流量的增加，表明湿地和水库联合调蓄在未来气候变化下发挥着极为重要的洪水调蓄和干旱延缓功能，与历史洪水干旱风险相比，未来极端洪水和干旱风险仍然增加，尤其是持续时间长且洪峰大的极端洪水事件和极为严重的干旱事件将增加（图3）。因此，迫切需要开展流域湿地恢复和保护，提升流域湿地水文调蓄功能，同时优化水库调度，最大发挥湿地-水库联合调蓄功能，增强流域应对极端水文事件风险的韧性。 

　　图3. 基于耦合湿地-水库联合调蓄水文模型的未来洪水和干旱情势预估 

　　注：A：洪水持续时间-洪峰流量-洪量关系特征；B：干旱强度-持续时间关系。历史时期（Historical）：1971-2020年；近期（Near-future）：2026-2050；本世纪中叶（Mid-century）：2051-2075；本世纪末（End-century）：2076-2100  

　　该研究创新了流域湿地-水库联合调蓄模拟方法，提高了流域水文过程模拟精度，预估了未来气候情景下湿地-水库联合调蓄下洪水和干旱风险演变趋势，为全球气候变化背景下大江大河洪水干旱风险应对的流域韧性提升提供新的思路，对流域湿地恢复保护和水资源综合管控以及应对气候变化具有极其重要的意义。 

　　该研究发表在水文学领域著名期刊Hydrology and Earth System Sciences上。中国科学院东北地理与农业生态研究所吴燕锋助理研究员为论文第一作者，章光新研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、博士后基金和国家重点研发计划等项目的支持。 

　　论文信息如下：  

　　Yanfeng Wu, Jingxuan Sun, Boting Hu, Y. Jun Xu, Alain. N Rousseau, Guangxin Zhang. Can the combining of wetlands with reservoir operation reduce the risk of future floods and droughts? Hydrology and Earth System Sciences, 27, 2725-2745. 

　　https://doi.org/10.5194/hess-27-2725-2023