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2026年05期
黄河流域生态保护和高质量发展专题
基于机器学习的黄河下游典型湿地生态环境质量演化驱动机制研究
孙晓悦;曹文庚;李祥志;黄紫怡;南天;郭记菊;龙敏;张荣;【目的】揭示黄河下游湿地生态环境退化的驱动机制，为湿地保护与修复提供科学依据。【方法】以位于水文调控与生态敏感交汇区的中牟段沿黄湿地为研究对象，构建融合遥感生态指数(RSEI)与机器学习方法的驱动力识别框架，系统评估2002—2022年间湿地生态环境的演化过程与主控因素。【结果】(1)研究区内生态环境质量指数(RSEI)处于较高水平的区域面积占比逐渐减少，由约9%下降至约2%,而处于较低水平的区域面积占比不断增加，由约32%上升至约42%,生态环境总体呈退化趋势。(2)随机森林模型识别结果表明，降水是湿地生态环境质量的主要驱动因子，与生态环境质量呈正相关，贡献率为37.4%;土地利用中，水域面积增加对生态环境质量具有正向作用(贡献率5.7%),而建筑用地扩张则表现为负向影响(贡献率7.9%);地下水埋深增加与生态环境质量呈负相关，贡献率为13.3%。上述因子通过调控水分、土壤湿度、植被生长和径流过程，在多尺度上显著影响湿地生态系统的演化。【结论】融合RSEI的机器学习方法能有效识别湿地生态环境退化的驱动因子，通过合理调控土地利用结构和地下水开采强度，可以减轻人类活动对湿地生态环境的不利影响。
黄河泥沙的固碳能力及其持水性能研究
郭德辉;张敏;冯晋华;张建伟;赫中营;李小春;【目的】明确黄河泥沙改良后的固碳能力和持水性能，为黄河泥沙的高值化利用提供理论依据和技术参考。【方法】基于活性氧化镁碳化方法，通过CO2吸收量测试、持水率测试以及微观测试，研究固化剂掺量、碳化时间以及初始含水率对黄河泥沙固碳能力、持水性能以及微观结构的影响规律。【结果】(1)黄河泥沙的固碳能力与固化剂掺量、碳化时间等因素呈正相关，存在最优初始含水率使黄河泥沙的固碳能力达到最佳。(2)黄河泥沙的持水性能与固碳能力呈正相关，但其持水性能提升幅度随固化剂掺量和碳化时间的增加而降低。(3)初始含水率较低时，固碳过程促进了黄河泥沙持水性能的提升，而较高的初始含水率则显著降低了黄河泥沙固碳后的持水性能。(4)黄河泥沙碳化过程中生成的棱柱状水碳镁石及片状球碳镁石、水菱镁石等镁碳酸盐通过胶结作用将松散的土颗粒胶结在一起，形成块状胶结物，使黄河泥沙更加密实，进而提升了松散黄河泥沙的持水性能。【结论】碳化方法提升了黄河泥沙的固碳能力与持水性能，为后续黄河泥沙的资源化利用提供了理论和技术参考。
顾及悬浮颗粒物浓度的黄河流域地表水体提取及时空变化
乔兴坡;张志强;李二山;曹连海;魏萌萌;张璐;郭浩然;【目的】研发适用于多泥沙河流的地表水体识别方法，厘清黄河流域地表水体时空变化特征，对于降低地表水体极端变化事件的风险意义重大。【方法】揭示6种典型水体指数的水体提取精度随悬浮颗粒物浓度的变化规律，基于分级分类理念建立顾及悬浮颗粒物浓度的黄河流域地表水体提取方法(SWE-CSPM),从全域尺度、水资源二级分区尺度综合分析1991—2023年黄河流域地表水体的时空变化。【结果】(1)相比6种典型水体指数和多指数水体提取规则法，SWE-CSPM的水体提取精度最高(总体精度95.44%,Kappa系数90.62%)。(2)在全域尺度，黄河流域最大水体面积呈波动减小趋势，但变化量小。永久性水体面积呈逐年增大趋势，季节性水体面积呈逐年减小趋势。在水资源二级分区尺度，除内流区外，其他水资源二级分区永久性水体面积均呈不同程度的增大趋势。【结论】黄河流域永久性水体面积逐年增大，主要原因在于流域内降水量逐年增加和气候变暖导致冰川融水增加。季节性水域面积呈逐年减小趋势，主要原因在于水库工程建设、湖泊湿地补水使部分季节性水体转为永久性水体。
黄河小浪底水库汛期调控运用方式研究
王振凡;王忠强;陈翠霞;吴默溪;【目的】分析小浪底水库汛期调控效果并提出适应变化条件下的汛期水位运用模式，为水库优化调度和综合效益协调发挥提供科学支撑。【方法】基于黄河水沙变化、水库和下游河道边界条件变化以及中下游生态保护和高质量发展需求，利用水库-河道水沙数学模型计算分析黄河不同来沙量情景下小浪底水库汛期运用方式及效果，并开展效果评价。【结果】(1)与逐步抬高汛限水位运用相比，小浪底水库从现状汛限水位一次抬高到设计汛限水位，水库运用水位高，可取得较高的发电、供水、灌溉效益，但水库排沙机会少，拦沙期运用时间较短，拦沙减淤效果相对较差，长期来看黄河下游河道淤积量较多。(2)根据评价结果，黄河来沙量在3亿t以上时，小浪底水库逐步抬高汛限水位运用方案较优；来沙量在3亿t及以下时，水库汛期一次抬高汛限水位运用方案较优。【结论】未来来沙量较大时，推荐小浪底水库仍以水库和河道减淤运用为主，汛期逐步抬高汛限水位；未来黄河来沙量较小时，水库汛期可一次抬高到设计汛限水位运用。
水文水资源
郑州都市圈不透水面时空动态演变特征及驱动力分析
黄晓东;李方琦;吴剑;刘文锴;王富强;张正良;唐磊;张小丽;【目的】揭示郑州都市圈不透水面时空动态演变特征及驱动机制，为优化不透水面空间布局和防治洪涝灾害提供实践参考。【方法】以郑州都市圈为研究区，基于2000—2020年的长时序不透水面数据，采用不透水面动态度、标准差椭圆、象限分析等方法揭示郑州都市圈不透水面时空动态演变特征，运用地理探测器模型探究不透水面扩张驱动机制。【结果】(1)郑州都市圈不透水面年均扩张速率、动态度在2010—2015年达最大值，分别为248.70 km2/年、3.00%,整体均呈先上升、后下降的趋势；不透水面主要在东北、西南两个方位分布广泛，其发展重心向西北—东北方向迁移。(2)郑州都市圈内不透水面空间格局呈现3种差异化类型分布，整体形成“一核多极”,伴随适应地形轴向延伸的空间格局。(3)驱动因子分析中，人口与LAI、坡度、温度、NDVI、GDP因子交互均呈现出双因子增强的结果，其中人口与NDVI交互作用效果始终最为突出。【结论】郑州都市圈不透水面扩张呈现“先快后缓”的阶段性特征，空间上形成以郑州为核心的多极联动格局，人口增长与植被退化协同驱动了扩张进程。未来应依据各地市扩张方向差异实施分区管控，并结合人口分布优化不透水面布局，为都市圈防洪减灾提供支撑。
2026
年
05
期
v.47
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河南省自然科学基金项目(262300421761);
水灾害防御全国重点实验室开放基金项目(2025490111);
国家重点研发计划(2023YFC3006602);
国家自然科学基金项目(U2443203,U21A20109);国家自然科学基金项目(52279014);
农业重大科技专项(NK202319020506);
河南省科技攻关项目(242102320322);
河南省高等学校重点科研项目(24A570003);
华北水利水电大学高层次人才科研启动项目(202110005);华北水利水电大学学科建设与发展研究项目
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基于熵权TOPSIS-SD模型的洪涝减灾力时空演变及多情景模拟
刘玮;陈姝琰;【目的】揭示湖南省洪涝减灾力的时空演变特征及动态变化规律，识别不同区域洪涝减灾力提升的适宜发展情景，为区域洪涝减灾能力建设和防灾减灾政策优化提供科学参考。【方法】基于洪涝减灾力评价指标体系，采用熵权TOPSIS评估湖南省14市(州)洪涝减灾力现状，并通过系统动力学模型模拟湖南省14市(州)洪涝减灾力在现状延续基准型、经济资源强化型、教育医疗协同型、防洪设施强化型、减灾能力综合型5种发展情景下的时空演变趋势。【结果】(1)2013—2022年湖南省洪涝减灾力空间格局呈现东高西低特征，各市(州)排名相对稳定，湘东地区的排名整体较高，长株潭三市优势明显，湘西、湘西北地区的排名相对较低。(2)2023—2030年多情景仿真结果中，经济资源强化型和减灾能力综合型情景对洪涝减灾力提升效果最为明显，教育医疗协同型在经济基础较好地区具有较好的提升作用，防洪设施强化型单一情景下提升效果有限。(3)TOPSIS现状评价结果与SD模型仿真结果在空间分布上具有较高一致性，湘东地区洪涝减灾力整体较强，湘西、湘西北地区相对较弱。【结论】湖南省不同地区的洪涝减灾力提升路径存在明显异质性，应结合区域经济社会发展基础选择适宜的发展情景，实施差异化减灾策略，以提升洪涝减灾能力和防灾减灾治理水平。
基于分形和机器学习的IMERG降水数据校正
项天明;谢云霞;曾海;陈泓;【目的】针对复杂地形区卫星遥感降水数据受地面杂波、地形遮挡及反演算法等因素影响而误差较大的问题，构建一种融合分形特征Hurst指数的机器学习模型(机器学习-H模型),以提升IMERG降水数据精度，为复杂地形区降水数据校正提供方法参考。【方法】以金沙江流域为研究区，提取站点降水数据的分形特征Hurst指数，融合环境因子，采用多种机器学习算法对IMERG降水数据进行降尺度和校正，并以均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R2)评价精度。【结果】(1)经机器学习-H模型校正后，降水数据的空间分布更加平滑、细节更加丰富，改善了原始IMERG降水数据的块状分布和边缘低估问题。(2)在所选用模型中，决策树-H模型的校正效果最好，各时间尺度下的精度均较原始数据显著提升。(3)决策树-H模型在降水稀少和充沛区域均表现出良好的校正效果，且中下游区域的校正效果(RMSE、MAE更小，R2更高)优于源头和上游区域的校正效果。(4)在模型的特征变量中，DEM的贡献度最高，Hurst指数的贡献度略高于植被指数NDVI的贡献度。【结论】融合分形特征Hurst指数的机器学习模型能够有效校正复杂地形区的IMERG降水数据，其中决策树-H模型综合性能最优，地形因子与降水时序分形特征对校正精度具有关键贡献。
生态环境
城市地下水氨氮环境容量动态计算模型及应用
李桂秋;周雨泽;王继华;窦明;【目的】揭示郑州市地下水氨氮环境容量的变化规律，量化不同来水、调控情景下氨氮纳污承载能力，为城市地下水污染管控与水资源优化调配提供科学依据。【方法】(1)以氨氮环境容量最大为优化目标，以降水与上游来水为约束条件，综合考量降雨入渗、河流侧渗、地下水开采以及氨氮迁移的机制，建立了城市地下水氨氮环境容量动态计算模型，计算不同来水条件下规划水平年的地下水氨氮环境容量。(2)以郑州市主城区为研究区，在剖析郑州市城市不透水面面积时序变化的基础上，结合逐年降雨量、河流水位等数据，计算城市地下水系统中降雨入渗与河流侧渗补给量和2019年年内地下水氨氮环境容量。【结果】(1)研究区的氨氮环境容量变化曲线年内呈现“下降—上升—下降”的态势。(2)在无调控措施的情况下，2030年丰水情景下研究区的氨氮环境容量峰值为1 964.5 t,较2019年的增长了5%。【结论】各调控方案均可提升研究区的地下水纳污能力；同等调控强度下，地下水压采措施对改善地下水氨氮环境容量的作用效果优于末端污染治理的效果。
