基于降雨相似性的数据集构建框架及其在城市内涝机器学习预测中的增强应用

本文创新性地提出基于降雨相似性的数据集构建框架，通过耦合输出系数模型（ECM）与水土评估工具（SWAT），系统揭示城市群河流营养盐通量在人类活动-水文-生物地球化学耦合作用下的迁移转化机制。研究明确了面源污染（NPS）受水文传输与营养盐输入的协同控制，指出点源污染形成的"核心-边缘"空间结构演变规律，为全球城市群水环境治理提供了过程机理支撑。

　　

亮点

通过耦合人类-水文-生物地球化学框架揭示了河流营养盐通量的动态规律

面源污染（NPS）强度受水文传输过程与营养盐输入的双重调控

城市和农业区的高地表径流与其氮沉降/化肥使用形成活跃面源区

点源污染形成由生活污水驱动的持久性"核心-边缘"空间结构

研究区域

珠江三角洲（PRD）面积55,400平方公里，位于中国南部珠江流域（PRB）下游（图1）。城市用地约占10%，主要分布在珠江口（PRE）沿岸，而中部冲积平原的耕地占三角洲面积的三分之一。森林覆盖外围区域，超过PRD面积的一半。该地区属亚热带海洋性气候，年降水量超过1500毫米...

模型性能

图3显示了1990-2020年PRD的模拟结果与参考数据集的对比。模拟显示2016-2020年营养盐通量呈下降趋势，与2018-2023年观测趋势高度吻合（图3a）。对氮和磷分别低估8.2%和20.1%，可能源于SWAT模型对暴雨事件响应不足。就氮而言，模拟的平均铵浓度（0.64毫克/升）落在观测范围内...

面源污染受水文和生物地球化学过程控制

本研究系统探讨了不同土地利用下由水文和生物地球化学过程调控的面源污染（NPS）组成。农业区因化肥在表土集中积累而被认为是面源污染热点，显著加剧了广泛的富营养化和河口缺氧（Han等，2023）。这一问题因高强度土地利用导致的地表径流增强（图8）而进一步恶化...

结论

本研究通过考察典型城市群在快速社会经济发展时期的状况，在人类-水文-生物地球化学耦合框架内阐明了河流营养盐通量的动态规律及其迁移路径。分析可得出以下结论：

1.面源污染（NPS）的营养盐动态与传输过程和营养盐输入的耦合程度成正比。城市和农业区地表径流特别高，使得农业用地成为活跃的面源区...