基于GIS与AHP-SWAT模型集成的埃及西北海岸地区雨水收集灌溉系统优化选址研究

本研究针对埃及西北海岸地区( NWCR )水资源短缺问题，创新性地整合GIS空间分析、层次分析法( AHP )与土壤水评估工具( SWAT )模型，构建了多准则决策框架。通过加权叠加分析识别出36.3%区域为雨水收集( RWH )高适宜区，量化了径流深度( 856,839 m3 )与渗透量( 47,730 m3 /km )，为SDG 6( 水资源管理 )和SDG 2( 农业韧性 )目标实现提供科学依据。

　　

在地中海气候区的埃及西北海岸，年降雨量仅100-200毫米的极端干旱条件与突发性暴雨形成的矛盾，使得这片本可用于农业开发的荒漠地带陷入"旱涝两难"——短暂强降雨引发土壤侵蚀，而长期干旱又导致作物绝收。更严峻的是，气候变化正加剧这种极端天气的波动性。当地农民虽自发修建梯田和小型水坝进行雨水收集( RWH )，但缺乏科学选址导致水资源利用效率低下，这直接威胁到联合国可持续发展目标( SDG )中关于清洁用水( SDG 6 )和零饥饿( SDG 2 )的实现。

为解决这一难题，来自中国的研究团队在《Sustainable Geosciences: People, Planet and Prosperity》发表了一项突破性研究。他们以Al Raml流域( 211.6 km²
)为示范区，开创性地将地理信息系统( GIS )、层次分析法( AHP )和土壤水评估工具( SWAT )模型进行三重耦合，建立了首个面向SDG指标的雨水收集系统优化框架。研究团队采集了2014-2024年的气象数据，结合30米分辨率的Landsat 8影像和FAO土壤数据，通过加权线性组合( WLC )方法整合了12项关键参数。

关键技术方法
研究采用多源数据融合技术，包括：1) SRTM DEM生成地形参数；2) SWAT模型模拟径流深度与渗透量( 校准NSE>0.65 )；3) AHP确定准则权重( CR<0.1 )；4) NDMI指数评估土壤湿度；5) 野外实测验证( Gerlesh径流槽和超声波水位计 )。

主要研究发现

4.1 水文模型验证
SWAT模型对径流和泥沙量的模拟精度达到NSE 0.84，成功捕捉到39.2毫米暴雨事件中922 m³
的径流量突变，证实了模型在短时强降雨条件下的可靠性。

4.2 水文过程模拟
模拟显示流域下游累计径流量达856,839 m³
，而渗透水仅47,730 m³
/km，凸显雨水收集的紧迫性。值得注意的是，10,211 kg/ha的泥沙量主要来自12-15%坡度区域，这为水坝防淤设计提供了关键参数。

4.7 水坝选址优化
AHP权重分析揭示径流深度( 24.36% )和土壤质地( 11.84% )是最关键指标。最终划定4.84%区域为水坝建设"极高适宜区"，可蓄积10.2×10⁶
m³
径流，使灌溉用水供给提升28%。

4.8 多功能系统设计
研究创新性地提出分级方案：36.3%缓坡区(<7%)适合农用池塘，40%中等坡度区适配检查坝，而24%黏土区则推荐渗透池，这种差异化设计使系统综合效益最大化。

研究意义
该研究首次实现了从技术优化到政策落地的全链条创新：1) 方法学上，GIS-AHP-SWAT三重验证体系解决了干旱区数据稀缺的建模难题；2) 实践层面，提出的"分级适配"方案使雨水收集效率提升52%；3) 政策价值上，明确将4.84%高适宜区纳入埃及2030水战略，直接助力SDG 6.4( 用水效率 )和6.6( 含水层补给 )目标。研究还发现，合理布局的RWH系统可使农业干旱损失减少75%，这对整个地中海干旱区具有普适指导意义。

特别值得关注的是，该成果开创了"水-粮-气候"协同治理新模式：雨水收集既缓解水资源压力( SDG 6 )，又通过灌溉扩展促进粮食安全( SDG 2 )，还能缓冲气候灾害( SDG 13 )。这种"三位一体"的可持续发展路径，为全球干旱区提供了可复制的样板。研究建议下一步应建立"生活实验室"( Living Lab )机制，推动科研成果向摩洛哥等类似气候区转化应用。