地表特征对沿海复合洪涝的影响：耦合水动力-水力建模框架研究

沿海洪涝为何关系重大

对于生活在河口和低洼海岸的人们来说，气旋期间的洪水可能来自多方合力：河水暴涨、强降雨和海潮上涨。本研究考察了从城市路面到农田与沿海土壤等不同地表性质，如何使这些“复合”洪涝在印度东海岸变得更严重或相对可控。通过展示地表覆盖与土壤入渗能力如何影响实际洪涝结果，研究为更安全的规划、更有效的预警和更明智的易受灾三角洲土地利用提供了线索。

水淹没海岸的多种路径

作者关注复合洪涝，即风暴潮、强降雨与河流流量共同作用，使水位超过任何单一因素所致的水平。在奥迪沙（Odisha）海岸，气旋既能将一股水穹冲上岸，又能在排入同一海岸线的河流流域内带来大量降雨。早期研究常将这些要素分开处理，或忽略不同土壤与地表如何影响降雨是渗入地下还是径流入河。本研究旨在用一个建模框架捕捉这些关联，特别关注地表条件在2021年亚斯气旋（Cyclone Yaas）期间如何放大或缓和洪涝。

团队如何构建洪涝的数字孪生

研究者将两种著名工具耦合为一套系统。一种模型（ADCIRC）模拟孟加拉湾的潮汐与气旋驱动的水位，另一种（HEC-RAS）追踪河流与地面洪泛区内的水动向。他们为河流模型提供上游断面的河流流量、河口处的风暴潮水位、格网化的逐小时降雨与蒸散发，以及详尽的土地利用与土壤类型图。利用基于卫星的地表覆盖与全球土壤数据，他们为每一地块分配“曲线数”（curve number）和最低入渗速率值，这两者共同决定水更容易渗入土壤还是以地表径流形式流走。

用真实风暴检验模型

为评估系统表现，团队模拟了亚斯气旋并将结果与潮位计和浮标的水位观测，以及最重要的登陆后三天由Sentinel-1雷达获得的洪水影像制成的淹没图进行比较。海洋模型对风暴潮的再现高度准确，增强了对沿海边界条件的信心。在陆地上，初步模拟能再现被淹行政区的总体分布，但低估了许多观测到的淹没面积，尤其是在沿海低洼区。这种低估表明默认设置下土壤入渗过多，以及用于驱动模型的降雨与蒸散发产品存在不确定性。

土壤与降雨对洪涝格局的影响

作者随后开展一系列实验，剖析降雨、蒸散发、风暴潮和土壤设定各自对洪涝的影响。通过尝试三种不同的降雨数据集，他们发现一种印度高分辨率产品（IMDAA）最能匹配雨量观测与实测洪涝分布。他们表明，降雨是淹没面积的主要驱动因素，风暴潮在河口附近增加重要但更局部的影响。蒸散发在降雨高峰后的几天内对洪涝有适度的减少作用。敏感性测试显示，降低最低入渗速率和使用更高的曲线数都会将更多降雨转为地表径流，显著增加模拟淹没面积，尤其在具有某类沿海土壤的行政区更为明显。

从试验到调校的洪涝工具

在这些测试的指引下，团队对各行政区的土壤参数进行了逐区校准，重点关注主导的沿海土壤类型，同时保持地表覆盖模式不变。降低该土壤的最低入渗速率并在某一行政区提高曲线数，使模型与基于卫星的淹没范围更为接近。改进后的设置相比默认方案将总模拟淹没面积提高约一半，并与卫星图呈现强烈的统计一致性。最后，校准后的模型被用来重现1999年奥迪沙超级气旋和2013年法伊林（Phailin）两次早期气旋，结果显示，包含真实降雨与地表过程的模拟相比仅考虑河流流量与风暴潮的模拟，淹没估计大致可增加一倍。

对三角洲沿海居民的意义

简而言之，研究表明：地面已有的湿润程度、本地土壤吸水的难易以及地表被铺装或建筑覆盖的程度，可能与风暴潮高度同样重要，决定谁会遭遇洪水。通过在一个框架内结合沿海、河流、降雨与地表信息，并以卫星观测进行调校，作者提供了一个更现实的工具，用以估算在不同类型气旋中哪些行政区风险最高。这类建模可帮助规划者更准确地划定洪区、优先改进排水与土地管理，并设计考虑从降雨与涨潮到街道积水全链条的早期预警系统。

引用: Tiwari, P., Rao, A.D. & Pant, V. Impact of land surface characteristics on coastal compound flooding using a coupled hydrodynamic-hydraulic modelling framework. Sci Rep 16, 15386 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46242-1

关键词: 沿海洪涝, 气旋降雨, 土壤入渗, 复合洪水, 河流三角洲