黄河流域水沙-生态-社会经济复合系统耦合协调时空演化特征及影响因素研究

推荐：针对黄河流域水沙关系不协调、生态环境恶化与社会经济发展矛盾突出的问题，研究人员构建了FS-EE-SE（Flood-Sediment-Eco-Environment-Socio-Economy）复合系统评价框架，通过熵权法、耦合协调度（CCD）模型及CNN-LSTM预测模型，揭示了流域协调发展的时空演化规律及驱动机制，为黄河流域系统治理提供了科学依据。

　　

黄河作为中华民族的母亲河，承载着亿万人口的生命线和经济命脉，却长期面临“水少沙多、水沙异源”的治理难题。近年来，随着人类活动加剧和气候变化影响，黄河流域生态退化、水资源短缺、土壤侵蚀等问题日益严峻，严重制约了区域高质量发展。如何协调水沙输移（Flood-Sediment transport, FS）、生态环境（Eco-Environment, EE）和社会经济（Socio-Economy, SE）三大子系统的关系，成为实现黄河流域生态保护和高质量发展的核心挑战。

针对这一科学问题，国内研究人员基于流域系统科学理论，创新性地构建了包含25项指标的FS-EE-SE复合系统评价体系。研究通过熵权法确定指标权重，结合耦合协调度（Coupling Coordination Degree, CCD）模型量化系统协同水平，并运用灰色关联分析和障碍度（Obstacle Degree, OD）模型识别关键驱动与限制因素，最终采用CNN-LSTM混合神经网络预测未来发展趋势。相关成果发表于《Ecological Indicators》，为黄河流域综合治理提供了全新视角。

研究主要采用以下技术方法：（1）基于水文站和遥感数据（如NASA的DHI和NDVI指数）构建多源数据库；（2）利用熵权法计算FS、EE、SE子系统综合指数（CI）；（3）通过CCD模型评估2008-2022年黄河流域协调发展的时空分异特征；（4）结合灰色关联分析和OD模型识别驱动与障碍因子；（5）采用CNN-LSTM模型预测2023-2030年不同情景下的系统演化趋势。

3.1 子系统综合指数时空演变
FS子系统CI呈现“峰-谷”波动趋势，2012年达峰值后受“全河水沙联动调控”政策影响再次上升；EE子系统在黄河中游表现最优（CI=0.73），上游最低（CI=0.07）；SE子系统区域差异显著，中游省份因农业优势发展水平较高。

3.2 耦合协调度演化规律
CCD时空分异特征明显：中游始终处于高度协调状态（GCD级），上游长期处于初级协调（PCD级），下游由勉强协调（RCD级）提升至中度协调（MCD级）。省级尺度呈现“西低东高”格局，河南CCD最高（0.61-0.76），青海最低（0.35-0.43）。

3.3 驱动与障碍因子解析
灰色关联分析表明，径流特征（如年径流量FS7、汛期平均流量FS2）是核心驱动因素；障碍度模型显示，上游和下游的耕地面积（SE3）是主要限制因子（OD达17%），而中下游省份的最大含沙量（FS11）障碍效应显著（Henan省OD达20.07%）。

3.5 未来情景预测
CNN-LSTM预测显示，若维持现状，2023-2030年CCD将持续下降；而实施“水沙关系调控”情景（如年径流增加2%、最大含沙量降低2%），中游CCD可提升至0.77-0.78，验证了水沙调控的关键作用。

研究结论与讨论部分强调，黄河治理需突破行政区划限制，推行流域一体化管理。中游应巩固农业优势，上游重点提升社会发展水平，下游加强生态保护。通过建设水网体系、优化水库群调度等措施协调水沙关系，是未来系统治理的核心路径。该研究首次从多尺度揭示了FS-EE-SE系统的耦合机制，其方法论框架可为全球类似流域的可持续发展提供借鉴。值得注意的是，径流特征对系统协调性的主导作用凸显了黄河流域水资源短缺的根本矛盾，南水北调西线工程等跨流域调水方案或将成为关键突破口。