全球气候变化下河-灌-湖系统可持续性的定量评估框架构建与应用

本研究针对全球气候变化(GCC)对河-灌-湖系统(RILS)水生态的复合影响，构建了多尺度耦合模型体系，整合SWAT、MIKE21和ECOLab模型，定量评估了黄河-河套灌区-乌梁素海系统(YR-HID-LUS)的水资源供给可靠性、污染物迁移规律及富营养化响应。结果表明：四种气候情景(SSP126/245/370/585)下黄河干流径流均满足取水需求，灌区TN/TP负荷保持稳定，乌梁素海藻华程度维持在无/轻微水平。该研究为气候变化敏感区水系统管理提供了创新方法论支撑。

　　

随着全球气候变化(GCC)加剧，温度升高和降水格局改变正深刻影响着流域水循环过程。作为典型干旱区复合生态系统，黄河-河套灌区-乌梁素海系统(YR-HID-LUS)面临水资源短缺与富营养化的双重压力。河套灌区年引黄水量达45亿m³，化肥施用量127.1万吨，但利用率仅30%，导致乌梁素海接收了灌区36%的TN和62%的TP负荷。这种"河流-农业-湖泊"的紧密联动使得系统对气候变化异常敏感，但现有研究多聚焦单一要素，缺乏系统性评估框架。

针对这一科学难题，国内某研究团队在《Ecological Indicators》发表研究，创新性地构建了四尺度耦合模型体系：在全球尺度采用CMIP6气候模式(CanESM5/NorESM2-MM/MPI-ESM1-2-HR)和统计降尺度模型(SDSM)；流域尺度改进SWAT模型的水温模块(调整a/b参数为0.77/7.16)和SCS曲线数(λ取0.5)；湖泊尺度建立MIKE21水动力-水温耦合模型；生态尺度开发基于ECOLab的富营养化模型。通过SUFI-2算法参数率定，使径流模拟R²>0.9，Chl-a预测误差<0.3μg/L。

研究结果显示：在SSP126-585情景下，至2100年黄河石嘴山段径流可满足灌区38.19-56.46%的取水需求。灌区排水量(2.98-3.01亿m³/a)和TN/TP负荷(1793.09吨/a)与基准年基本持平。乌梁素海水温上升最高达3.28°C，但Chl-a浓度(16.14-17.26μg/L)未显著升高，藻华程度维持I-II级(无/轻微)。水动力模拟表明风速增加41.17%增强了湖泊混合作用，抑制了藻类聚集。

该研究的创新性体现在：首次建立RILS多尺度评估框架，改进SWAT的地下水交换公式(引入HRU间相互作用项ΔGW_k^j)，并量化气候因子对藻华的贡献度(通过F₃(N,P)函数)。研究证实GCC尚未改变乌梁素海富营养化格局，但指出未来需关注水温升高对沉积物磷释放的潜在激发效应。这套方法论为气候变化敏感区的水-生态协同管理提供了定量工具，尤其适用于干旱区灌溉排水型湖泊的保护决策。