自动鱼鳞分析：年龄测定、年轮及环状结构的检测，以及对于鲑科鱼类鳞片的长度和重量反推计算

《Ecological Informatics》：Automatic fish scale analysis: age determination, annuli and circuli detection, length and weight back-calculation of coregonid scales

该研究量化了1990-2019年毛洲河流域绿色-灰色-蓝色基础设施比例变化对水文过程的影响，发现植被减少导致径流和径流系数增加，蒸散发减少；2012年后灰色基础设施扩张成为主导因素，且水文响应呈非线性。研究揭示了基础设施时空演变与水文过程的动态关联。

　　本研究聚焦于毛洲河流域在1990年至2019年间的城市扩张过程，探讨绿色、灰色和蓝色基础设施比例变化对流域水文过程的影响。研究发现，随着绿色空间比例的下降，流域内的径流量和径流系数呈现出上升趋势，而蒸散发则呈现出下降趋势。这种变化不仅表现出非线性特征，还与绿色、灰色和蓝色基础设施的空间分布变化密切相关。从1990年至2011年，绿色基础设施面积的减少是导致径流量、径流系数增加以及蒸散发减少的主要原因。然而，在2012年之后，随着城市扩张向可持续发展转型，灰色基础设施的扩张成为影响水文过程的主导因素，其作用远大于绿色基础设施的影响。研究结果表明，绿色、灰色和蓝色基础设施面积的变化对水文过程的影响显著，尽管其变化速率较2012年有所减缓，但这一趋势凸显了毛洲河流域水文格局的重要转变。

城市扩张是一个全球性现象，随着人口的持续增长，城市区域不断扩大。联合国数据显示，2018年全球人口已达到76亿，其中42亿人（占55.26%）居住在城市地区。预计到2050年，全球人口将达到97亿，其中68%（约66亿人）将居住在城市。中国作为世界上人口最多的国家之一，也经历了快速的城市化进程，目前超过56.1%的人口居住在城市。城市的发展不仅依赖于经济和社会因素，同时也对水资源管理提出了更高要求。水资源是城市发展的关键要素，无论是暴雨径流、供水系统还是污水处理，都涉及到复杂的水文过程。因此，城市水资源管理不能仅仅依赖于局部考虑，而应从宏观尺度出发，综合考虑土地利用变化和城市扩张的影响。

在城市扩张过程中，绿色、灰色和蓝色基础设施的变化对水文过程产生了深远影响。绿色基础设施主要指自然植被覆盖区域，如森林、草地和大型自然公园，它们在调节水文过程方面发挥着重要作用。灰色基础设施则包括人工排水系统，如管道、泵站和储水罐，主要用于局部尺度的雨水管理。蓝色基础设施指的是水体，如水库、人工湖泊和湿地，它们在水资源储存和调节方面具有关键作用。这些基础设施在城市扩张的不同阶段呈现出不同的空间特征，对水文过程的影响也各不相同。

在宏观尺度上，灰色基础设施的扩张通常与城市基础设施的建设密切相关，包括铺设不透水表面如住宅区和交通设施。不透水表面的比例被视为衡量城市扩张的重要指标。相比之下，绿色基础设施虽然在城市扩张过程中受到一定影响，但其面积的变化相对缓慢。蓝色基础设施则在城市扩张过程中表现出一定的稳定性，但其功能和作用也随着城市发展的不同阶段而变化。研究指出，绿色、灰色和蓝色基础设施的综合变化对水文过程的影响显著，特别是在城市扩张的早期阶段，绿色基础设施的减少对径流和蒸散发的影响更为明显。

为了更准确地评估这些基础设施变化对水文过程的影响，本研究选择了毛洲河流域作为案例研究区域。该流域位于深圳和东莞之间，其地理特征和土地覆盖类型在2019年得到了详细记录。流域内的绿色、灰色和蓝色基础设施分布经历了显著变化，这些变化为研究提供了良好的基础。通过分析1990年至2011年以及2012年至2019年两个阶段的基础设施变化和城市扩张情况，研究旨在揭示和量化绿色、灰色和蓝色基础设施对水文过程的具体影响。

本研究采用“水平衡”原理设计了水与生态系统模拟器（WAYS）模型，该模型是一个分布式水文模型，用于模拟流域内水的运动和储存过程。通过将研究区域划分为合适的网格单元，WAYS模型能够提供高分辨率的水文要素分布信息，并生成相应的水文过程模拟结果。研究过程中，将实际的城市扩张历史与气象条件相结合，利用历史水文和气象观测数据，重建了流域内的水文演变过程。这一方法有助于更全面地理解绿色、灰色和蓝色基础设施变化对水文过程的影响。

为了验证WAYS模型的有效性，研究使用了毛洲河流域洛村站的观测排水数据进行模型校准和验证。洛村站记录了2016年至2019年的每日排水数据，尽管WAYS模型在不进行校准的情况下也能表现出良好的性能，但为了提高模拟精度，仍进行了参数调整和模型优化。研究结果表明，WAYS模型能够较为准确地模拟流域内的水文过程，特别是在月尺度上的排水模拟与观测数据之间表现出较高的一致性。

水文过程作为自然系统的一部分，具有显著的非线性特征。这些过程涉及气候输入与景观特征之间的复杂相互作用，表现为不同时间和空间尺度上的变化。气候输入的广泛变化，如降雨量、温度和风速，以及景观特征的异质性，如流域面积、土壤类型、土地覆盖和坡度，共同导致了水文过程的显著变化。研究指出，这种非线性响应在不同基础设施变化背景下表现各异，尤其是在城市扩张的不同阶段，绿色、灰色和蓝色基础设施的变化对水文过程的影响程度不同。

在城市扩张的不同阶段，绿色、灰色和蓝色基础设施的变化对水文过程的影响呈现出不同的特征。从1990年至2011年，城市扩张主要基于经济增长，这一时期绿色基础设施面积的减少对水文过程的影响尤为显著。随着城市扩张向可持续发展转型，灰色基础设施的扩张成为主导因素，其对水文过程的影响远大于绿色基础设施。蓝色基础设施则在城市扩张过程中表现出一定的稳定性，但其作用也随着城市发展的不同阶段而变化。研究发现，灰色基础设施的扩张不仅影响了径流和蒸散发，还对流域内的水文循环产生了深远影响。

为了进一步探讨这些影响，研究采用了三种合成水文情景，包括重复湿润年、典型年和干旱年。这些情景基于实际的气象条件和城市扩张历史，用于模拟不同条件下水文过程的变化。通过分析模拟结果与观测数据之间的差异，研究得出了有价值的结论，这些结论对于城市规划和设计具有重要的指导意义。研究指出，绿色、灰色和蓝色基础设施的变化对水文过程的影响显著，且其影响程度与城市扩张的阶段密切相关。

在城市扩张过程中，绿色、灰色和蓝色基础设施的变化不仅影响了水文过程，还对生态环境和城市可持续发展产生了重要影响。研究发现，随着城市扩张的推进，绿色基础设施面积的减少导致了水文过程的显著变化，而灰色基础设施的扩张则加剧了这些变化。蓝色基础设施在城市扩张过程中表现出一定的缓冲作用，但其功能和作用也受到城市扩张方向的影响。研究强调，基础设施的变化对水文过程的影响是多方面的，且其影响程度与城市扩张的阶段和方向密切相关。

综上所述，本研究通过分析毛洲河流域在1990年至2019年间的绿色、灰色和蓝色基础设施变化，揭示了这些变化对水文过程的显著影响。研究发现，城市扩张的不同阶段对水文过程的影响各不相同，绿色基础设施的减少在早期阶段对水文过程的影响更为明显，而灰色基础设施的扩张在后期阶段成为主导因素。这些发现为城市规划和设计提供了重要的参考，强调了在城市扩张过程中合理规划绿色、灰色和蓝色基础设施的重要性。通过综合考虑这些基础设施的变化，可以更好地适应和缓解气候变化带来的影响，促进城市与自然的和谐共生。