2026年 02期
巢湖流域生态系统服务时空演变及其社会-生态驱动因子研究
王晓燕;聂磊;胡淑恒;许子牧;吴丹舟;【目的】在快速城市化和区域经济增长背景下，研究生态系统服务(Ecosystem Services, ESs)的时空演变及其驱动机制对区域的可持续发展至关重要。巢湖流域作为长江中下游的重要区域，其生态系统服务具有显著价值。【方法】利用InVEST模型和空间自相关分析方法，分析2000年、2010年和2020年五类关键ESs(碳储存、产水量、生境质量、土壤保持、水质净化)的时空变化格局，通过自组织映射(Self-Organizing Map, SOM)方法将ESs簇划分为森林碳汇簇、水资源簇、综合生态簇和低服务簇，并结合地理加权回归(Geographically Weighted Regression, GWR)探究社会-生态驱动因子的影响。【结果】结果表明，碳储存和土壤保持功能在林地和草地显著增强，水质净化功能在工业区周边提升明显。2000年碳储存与生境质量协同指数在北部林地为0.87,而2020年城市区域产水量与水质净化协同指数为0.77。驱动因子由自然因子(NDVI贡献为98.12%)逐渐转向社会因子，2020年GDP和POP对水质净化和生境质量的贡献分别达10.42%和45.45%。【结论】城市化显著影响巢湖流域ESs的时空格局，应结合驱动因子特征优化生态环境规划与保护策略，平衡ESs的权衡与协同，实现巢湖流域的可持续发展。
半封闭湖泊水体交换能力模拟及提升措施研究：以海棠湾龙江塘为例
杨啸宇;王艳红;王逸飞;缴健;丁磊;【目的】半封闭湖泊的水体交换主要依赖于入湖河流，容易出现季节性、潮汐性缺水问题。在气候变化和人类活动的双重影响下，半封闭湖泊缺水问题日渐突出，进而引发水质恶化、生态退化等复杂问题，亟待通过有效方式加以改善。【方法】选取龙江塘作为研究对象，建立龙江塘二维水动力-水质数学模型，选取污染物相对浓度和水体半交换时间作为评价指标，对比了现状和水系连通工程建成后龙江塘内水体交换能力。【结果】结果表明：现状条件下，龙江塘污染物相对浓度和水体半交换时间均表现为从南向北递增的趋势，北湖区污染物相对浓度下降最慢，水体半交换时间基本在2周以上；南湖区污染物相对浓度下降最快，水体半交换时间基本在1周以内。连通工程建成后，污染物相对浓度和水体半交换时间变为西部区域大于东部区域，北湖区污染物相对浓度下降速度加快，尤其是靠近1~#水系连通工程的东部区域，在计算第2天相对浓度降低至0.17;南湖区污染物相对浓度下降速度在前10天有所减缓，其中西部区域最为明显，水体半交换时间由6 d延长至14 d,在第20天后污染物相对浓度降低至0.2以内。【结论】研究表明：水系连通工程有助于加速半封闭湖泊污染物相对浓度下降速度，并有效缩短水体半交换时间，但会削弱原连接通道附近的水动力条件，本研究可为改善类似半封闭湖泊的水环境提供参考。
基于梯度提升机的喀斯特高原湖泊叶绿素a浓度遥感反演研究（英文）
曹卫堂;周忠发;孔杰;王艳碧;解茹凯;【目的】针对喀斯特高原湖泊因高pH(平均值> 8.2)、高悬浮颗粒物(SPM>50 mg/L)及季节性水文波动导致传统遥感模型面临光谱信号混合与非线性关系拟合不足的问题，以典型喀斯特高原湖泊平寨水库为对象，旨在实现该类水体叶绿素a(Chla)浓度的高精度遥感反演，【方法】研究采用Sentinel-2 MSI Level 2A影像(空间分辨率为10～60 m)及40个野外采样点数据，提出“短波敏感单波段+跨波段线性组合”特征工程策略，筛选出高敏感性光谱特征(包括单波段B3、B1、B2、B5、B4及线性组合B1+B3、B2+B3、B3+B5等),并利用梯度提升机(GBM)模型对非线性关系的高效拟合能力构建Chla浓度遥感反演框架，通过数据预处理与超参数优化提升模型对光谱特征与Chla浓度间非线性关系的拟合能力，【结果】结果显示，构建的GBM模型反演精度达决定系数(R2)=0.908、均方根误差(RMSE)=0.731μg/L、平均绝对误差(MAE)=0.529μg/L,较传统单波段线性模型(B3波段，R2=0.560 7)精度提升62%,平寨水库Chla浓度呈显著季节特征，夏季平均值为10.22μg/L,冬季为2.46μg/L,春季和秋季分别为6.01μg/L和5.88μg/L,其变化主要受水温(相关系数r=0.730)和总有机碳(TOC,相关系数r=0.783)驱动，且高pH环境下总氮生物可利用性的负反馈机制体现了喀斯特水体的特殊性，【结论】为喀斯特高原湖泊Chla浓度高精度遥感监测提供“敏感波段组合+机器学习”的技术方案，同时为水库水质管理与生态保护提供科学支撑。
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用于城市景观水体悬浮物去除的菱形管沉淀结构模拟研究
刘佳利;张晶;王琦;韩会玲;赵进勇;陈天鹏;朱洪涛;【目的】菱形管沉淀结构已有效应用于水厂、水库的水污染治理，但其在悬浮物(SS)污染的城市景观水体原位治理中的利用效率并不明确。为探究菱形管沉淀结构在不同SS污染水体状况中的结构参数和效率的关系，【方法0除效率选择菱形管结构参数。【结果】结果显示：在SS浓度和SS粒径因素分别主导的水污染情景下，40 mm管径和2 000 mm管长的菱形管结构去除效率均最佳，平均去除率分别为87.3%和75.4%,去除效率随进水SS浓度及粒径的增大而提高；去除效率与管内速度场均匀性呈较强的正相关性，与管道堵塞呈中等负相关性。【结论】结果表明：在波动的进水水质状况下，40 mm管径和2 000 mm管长的菱形管结构对SS去除效率具有良好的稳定性，验证了菱形管沉淀结构在城市景观水体原位治理中的高效应用潜力。
基于容量交易和多尺度网格划分的海绵城市建设优化方法
刘安康;许青;朱文谨;张洋;匡丽洁;黄德龙;谢青海;闫家坤;【目的】针对海绵城市建设中LID设施应用面临的高建设成本和资源配置效率低等问题，【方法】提出了一种基于容量交易和多尺度网格划分的优化策略。通过将研究区域进行100 m、200 m、500 m和1 000 m尺度的网格划分，结合SLSQP优化算法和容量交易机制，模拟不同单元间径流“传递”的潜力，并按需配置LID设施。【结果】结果表明：随着交易尺度的增大，径流削减效果逐渐增强。相较于100 m交易尺度，在满足径流系数的控制目标情况下，200 m、500 m以及1000 m交易尺度所需LID设施建设面积分别减少了28.48hm2、87.33 hm2和138.16 hm2;当径流控制率成为约束条件时，200 m、500 m以及1 000 m交易尺度所需LID设施建设面积分别减少了24.74 hm2、117.32 hm2和192.18 hm2。【结论】综合分析表明：随着交易尺度的增大，LID设施的建设面积逐渐减少，但当交易尺度过大时，效益提升的幅度开始趋于平缓。500 m交易尺度被认为是研究区域的最佳交易尺度，这一尺度通过有效整合区域间的削减潜力，在降低建设成本的同时，避免了因尺度过大导致的效益递减。在实际应用中，应根据具体区域的地形、气候和功能需求，灵活选择适当的交易尺度，以实现最佳的资源配置和径流削减效果，该方法能够为海绵城市建设提供精细化与高效协同的路径。
基于SAO优化的LSTM模型在北流河的径流预报研究
郑凯丰;马兴华;崔国韬;陶昌弟;【目的】受气候变化与人类活动影响，极端径流事件所引发的灾害频发，基于深度学习模型长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory, LSTM)的径流预报广泛应用，但其仍需提升准确性与可解释性。【方法】开发了基于雪消融优化算法(Snow Ablation Optimizer, SAO)与LSTM的组合模型进行径流预报。选取流域水文气象特征(径流量、降雨量、气温)和基于皮尔逊相关系数(Pearson Correlation Coefficient,PCC)筛选的六项大尺度气候因子指数作为模型输入，并与反向传播神经网络(Back Propagation, BP)比较，最后使用Shapley值法分析输入特征重要性与贡献度。【结果】结果显示：SAO-LSTM模型平均绝对百分比误差(MAPE)为0.26,决定系数(R2)为0.80,Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)为0.80,显著优于LSTM模型和BP模型，且表现出良好的泛化能力；Shapley解译结果显示降雨是关键驱动因子，大尺度气候因子对小流域影响不显著，未能提高模型预报能力。【结论】SAO-LSTM模型预报能力显著提高，具有优秀的泛化能力和鲁棒性；对于小流域的径流预报，降雨是关键驱动因素，重要性显著优于其他特征变量，而大尺度气候因子贡献较弱。研究提出的SAO-LSTM模型具有更高的预报精度，为理解影响径流的关键因素提供思路，在泛化能力方面表现出色，具有很好的应用场景，可为防洪和干旱决策提供一定的模型支撑。
海平面上升下沿海极值海水位非平稳性特征演变分析
杨思茹;杨洋央;方佳毅;莫芷慧;朱思颖;张峰;胡潭高;【目的】全球海平面上升破坏了沿海观测水位的平稳性假设，导致沿海极值水位重现期和重现水平发生巨变。因此，需要在非平稳性假设下分析海平面上升对极值水位的影响，为沿海地区海岸防护工程设计提供科学参考。【方法】以浙江温台沿海的验潮站为例，通过趋势分析，检验验证温州、瑞安、坎门三个验潮站观测数据的非平稳性；构建广义极值分布(GEV)和广义帕累托分布(GPD)非平稳模型，以时间协变量表征参数时变特征，利用贝叶斯框架下的马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法估计参数后验分布；通过赤池信息量准则(AIC)和贝叶斯信息量准则(BIC)评估模型性能，并结合有效重现水平(ERL)和预期等待时间(EWT)分析非平稳条件下的致灾风险。【结果】结果表明：浙江沿海的三个验潮站数据具有明显的趋势性，因此选用非平稳极值理论模型更为合理；GPD模型在拟合优度上优于GEV模型；非平稳条件下，百年一遇极值水位重现期显著缩短。【结论】GPD模型因对尾部高频极值的敏感性，更适合非平稳条件下的风险预测。模型阈值的选取会影响极值水位的预估结果。在海平面上升条件下，沿海地区面临的洪水灾害风险的频率和强度将显著增大，建议动态调整沿海工程防洪标准。研究成果为非平稳极值理论在气候变化的应用以及海防工程设计提供参考。
双馈变速抽水蓄能机组的反步滑模控制
丁芝侠;方勤园;刘健;李赛;【目的】双馈变速抽水蓄能机组在提升新能源消纳能力和增强电网稳定性方面具有重要应用价值。然而，其复杂的机电耦合特性仍然带来显著的技术挑战。为有效平抑风光发电功率波动，需要构建融合机电动态分析、功率解耦机制与快速响应控制的变速抽水蓄能系统。【方法】滑模控制作为一种适用于时变非线性系统的有效控制方法，在变速抽水蓄能系统中展现出良好的控制性能，但其固有的抖振问题仍然影响系统的调节精度。为此，本研究提出了一种基于反步法的滑模控制策略，通过调节双馈电机网侧和机侧变流器的功率传输，有效抑制系统抖振并实现功率解耦控制。相较于传统滑模控制，该方法在典型稳态工况、快速功率变化、参数变化以及风电-抽水蓄能混合系统四种场景下进行了仿真验证。【结果】结果表明，在快速功率变化、参数变化和风电-抽水蓄能混合系统三种场景下，反步滑模控制能够稳定跟踪功率变化，而传统滑模控制分别在51.154 7 s、38.438 4 s和10 s后失去功率跟踪能力。【结论】与传统滑模控制相比，反步滑模控制具有更快的功率响应速度、更强的鲁棒性和更好的稳定性。
基于基流分割集成技术与SWAT模型耦合运用的植被变化基流时空响应模拟
周帆;海庆烽;蔡得胜;王盛萍;马梦瑶;曲思仪;李文欣;王柯文;刘逸瑶;【目的】基流是径流中相对稳定的组成部分。精确刻画流域基流的时空分布特征，特别是植被变化影响作用下的基流响应，对水资源缺乏的北方山区水资源管理和流域管理具有重要意义。【方法】本文耦合运用SWAT模型与数值模拟基流分割集成技术，以小滦河流域为例，分析研究区基流的时空变化，并探讨植被变化等对流域基流的影响控制。【结果】结果表明：(1)SWAT模型与基流分割集成技术的耦合运用可较好模拟基流较少地区的水文过程，基流模拟效果较好，决定系数高达0.9,该方法技术具有较强的适用性；(2)2006—2020年期间，小滦河流域年尺度和生长季径流、基流整体呈减少趋势，但趋势不显著；而非生长季径流、基流则显著增加(p<0.05);(3)研究期内，流域约35.85%的面积片区基流基本稳定，上中下游各部均有分布；在接坝山地片区，部分子流域基流量甚至呈显著增加(占流域的22.47%);而在坝上高山草甸片区，基流量则呈轻微减少(占流域的18.32%)或显著减少趋势(占总面积的19.82%);(4)植被是研究流域基流过程改善的重要影响因素之一，接坝山地大部片区植被NDVI与基流呈正相关关系，部分子流域甚至呈显著正相关(占总流域10.68%),表明植被恢复一定程度有利于该研究区基流过程的改善。【结论】当前，研究区植被覆被增加对基流过程具有一定正向影响控制作用，但由于存在春季融雪水补给等过程的交互影响，未来气候变化下植被对基流的影响控制需要持续观测探讨。
江苏省水资源-经济社会-生态环境系统耦合协调时空演变及影响因素研究
李卓璇;王小军;陈凤;徐斌;金志丰;邹睿;【目的】近年来，江苏省在经济社会快速发展的同时，水资源约束趋紧与生态环境压力不断加大，区域发展面临资源利用与环境保护双重挑战。为充分认识江苏省水资源、经济社会与生态环境系统的协调发展状况，【方法】构建了针对江苏省地域特征的水资源-经济社会-生态环境系统耦合协调度评价指标体系，并基于信息敏感性方法对指标体系进行优化，引入耦合协调度模型与灰色关联分析法，构建了系统的耦合协调研究框架。最后基于该框架测算了自最严格水资源管理制度实施以来(2012—2023年)江苏省水资源-经济社会-生态环境系统的耦合协调水平及其主要影响因子。【结果】结果显示：基于信息敏感性方法将28个初选指标筛选为21个指标，保障了指标体系科学性和区域适宜性；江苏省2012—2023年水资源-经济社会-生态环境系统综合评价指数从0.23提升至0.72;江苏省耦合协调水平呈现稳定增长态势，耦合协调类型由勉强协调上升到高级协调，且呈“南高北低”的空间分布特征；全年供水总量、一般公共预算收入和城市污水处理率分别是各子系统中影响耦合协调度的最主要影响因子。【结论】结果表明：2012—2023年江苏省水资源-经济社会-生态环境系统耦合协调度逐渐提升，系统间的耦合性、协调性逐渐增强，但部分区域仍具有较大发展潜力。研究结果揭示了江苏省水资源-经济社会-生态环境系统的时空演变规律与驱动机制，可为区域水资源精细化治理与绿色可持续发展提供参考。
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