《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Delineating groundwater potential in arid closed basins under dual-constraints of water quantity and quality: An integrated LASSO regression and Geospatial-AHP approach
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研究区域为青海高原（Qinghai-Xizang Plateau）上的巴音河流域（Bayin River watershed），一个典型的干旱内流流域（endorheic watershed）。研究焦点为：在干旱内流流域中，地下水潜力（groundwater
研究区域为青海高原（Qinghai-Xizang Plateau）上的巴音河流域（Bayin River watershed），一个典型的干旱内流流域（endorheic watershed）。研究焦点为：在干旱内流流域中，地下水潜力（groundwater potential）的划定仍面临全球性挑战，因为地下水的可利用性受水量和水质的双重约束。本研究旨在识别水量和水质均有利的区带，并阐明干旱封闭盆地中控制其空间分异的水文机制。该区域的新水文认识为：巴音河流域不同地貌单元的综合地下水潜力（integrated groundwater potential，IGP）表现出显著的空间异质性。高IGP集中分布于冲洪积平原（alluvial-proluvial plain），那里厚且横向连续的含水层、强烈的河流渗漏和灌溉回归水共同增强了地下水的储存和更新。相反，洪积平原（proluvial plain）由于含水层薄且缺乏稳定补给源，显示出中等地下水潜力。冲湖积平原（alluvial-lacustrine plain）尽管储存条件相对有利，但因地下水埋深浅、水力梯度弱、蒸发强烈以及农业活动导致地下水盐化，其特征是低综合潜力。这些结果突出了含水层结构和地貌条件在控制干旱内流盆地地下水水量和水质中的关键作用。研究人员建立了一个概念模型来综合这些地下水文过程，为干旱地区的地下水水源地选择、可持续地下水开发和生态保护提供了一个基于水文地质的框架。
论文解读文章
研究背景：地下水占全球液态淡水资源的99%，是干旱地区生态与社会发展的关键支撑。然而，气候变化和人类活动导致地下水过度开采，引发地面沉降、生态退化和海水入侵等问题。在干旱内流盆地（endorheic basin）中，由于气候、构造、地形和地表-地下水相互作用的综合影响，地下水潜力（groundwater potential）的空间分异显著。现有评估框架（传统地下水潜力，TGP）多侧重于水量评价，而对水质的考虑不足。此外，传统钻探调查成本高、数据获取困难，机器学习方法虽被应用但需要大量训练数据且可解释性有限。因此，如何在全球数据匮乏的干旱盆地中科学划定水量与水质双重约束下的地下水潜力区，成为亟待解决的科学问题。本研究以青海高原柴达木盆地东北部的巴音河流域为例，旨在识别最优地下水潜力区，并揭示其水文地质成因机制。论文发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》。
关键技术与方法：研究人员采用了集成方法框架。首先，利用LASSO回归（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator）从22个候选条件因子（地形、水文、地质、土地利用、气候等）中筛选出10个关键控制因子，消除冗余和多重共线性。其次，通过层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）对筛选因子进行成对比较并确定权重，结合专家知识与一致性检验。然后，在GIS环境中使用加权叠加分析（Weighted Overlay Analysis，WOA）生成传统地下水潜力（TGP）图，并使用68口地下水井（来源：青海省环境地质勘查局）的实测产量数据，通过受试者工作特征曲线（ROC曲线）和曲线下面积（AUC）进行验证。最后，采用熵权水质指数（Entropy-Weighted Water Quality Index，EWQI）评估地下水质量潜力（GQP），将TGP与GQP数值编码后空间叠加，得到综合地下水潜力（IGP）分区图。
研究结果：
4.1 条件因子优化：通过方差膨胀因子（VIF）分析，剔除了VIF>5的因子（如坡度、高程等），将17个因子输入LASSO回归。十折交叉验证确定最优正则化参数λ=0.0643，模型MSE=0.328，R2=0.691。最终筛选出10个因子：平面曲率（PlC）、地下水埋深（GWD）、含水层厚度（AT）、地貌、距河距离（DR）、土地利用/覆被（LULC）、地表温度（GST）、降水、土壤类型（ST）和坡度。
4.2 条件因子权重量化：基于AHP赋权，含水层厚度（AT）权重最高（0.243），其次为地貌（0.187）、坡度（0.117）、土壤类型（ST，0.115）等；气候因子权重最低（降水0.035，地表温度0.032）。一致性比率CR=0.05<0.1，通过检验。
4.3 传统地下水潜力：TGP分类显示，丰富区占22.6%，主要集中于冲洪积平原；中等区占31.3%，分布于洪积平原和冲湖积平原；稀少区占6.3%，多见于风沙地貌。TGP的空间分布受地貌和含水层结构强控制：冲洪积平原因厚层连续含水层、河流渗漏和灌溉回归水补给而潜力最高；洪积平原因含水层薄、缺乏稳定补给而潜力中等；冲湖积平原因细粒沉积物、浅埋深和强蒸发而潜力较低。ROC曲线验证整体AUC达0.9059，表明TGP与实测数据高度一致。
4.4 地下水质量潜力：EWQI评价显示，极差水质占41.6%，主要分布在冲湖积平原，因浅埋深、弱水力梯度和强烈蒸发导致盐分积累。优良水质集中于冲洪积平原两侧（如安康和平原村），得益于河流渗漏和灌溉水补给。
4.5 水量与水质约束的优选地下水潜力区：IGP分级中，低潜力区占44.2%，主要分布于冲湖积平原（因水质差）；极高和高潜力区占12.5%和24.8%，集中于冲洪积平原（水量水质兼优）。东部平原村区域比安康更适宜优先开发，因后者受灌溉扰动影响水质稳定性差。
4.6 综合地下水潜力概念模型与可持续建议：建立了干旱内流盆地高中潜力地下水概念模型，阐明了洪积平原（缺乏补给、粗粒快速流失）、冲洪积平原（厚层含水层、强河流渗漏）、冲湖积平原（细粒、蒸发盐化、泉水溢出）和风沙地貌（无稳定补给、薄含水层、强蒸发）的不同水文过程。建议制定科学开采计划、处理劣质水（如排水、反渗透）以及针对已超采区域采取关井、人工回灌和水源替代措施。
总结讨论：本研究通过集成方法揭示了巴音河流域综合地下水潜力（IGP）的空间分布格局与形成机制。结果表明，仅凭水量无法可靠确定地下水开发适宜性，需整合水质才能识别真正可行的开采区。概念模型深化了对干旱内流盆地地下水系统过程的理解，为水源地选址和生态保护提供了水文科学依据。但方法仍存在局限性：AHP赋权仍带主观性，且结果为静态评价，未来需纳入时间序列数据或动态模型。
研究结论翻译：本研究揭示了青海高原干旱内流盆地综合地下水潜力（IGP）的空间分布格局与形成机制。采用集成方法，包括LASSO回归、遥感分析、层次分析法和熵权水质指数。主要结论如下：巴音河流域传统地下水潜力（TGP）主要受含水层结构、地貌条件和河流相关补给过程控制，气候因子作用有限。因子优化后，地下水赋存及其空间分异由10个关键因子主导，其中含水层厚度、地貌、地下水埋深、距河距离和地表属性构成主要控制。巴音河流域IGP的空间分布表现出强地貌和水文地质控制。高和极高IGP区主要集中于冲洪积平原，厚且横向连续的含水层、多源补给（河流渗漏和灌溉回归水）和有利水力条件共同促进高储存能力与良好水质。相反，冲湖积平原以低IGP为主，主要因地下水埋深浅、弱水动力条件、强蒸发和农业活动导致水质严重恶化，尽管其TGP相对有利。洪积平原的IGP主要受限于缺乏稳定补给源。流域下游风沙区IGP极低，源于薄含水层、不稳定补给条件和强蒸发环境下的显著盐化。这些结果表明，仅基于水量无法可靠判断地下水开发适宜性，整合水质是识别真正可行开采区的关键。基于综合评估结果，建立了巴音河流域地下水潜力和地下水文过程概念模型。该框架不仅加深了对干旱内流盆地地下水水文过程的理解，也为可持续地下水开采、水源地规划和生态保护提供了实用科学参考。然而，方法仍存在局限：LASSO-AHP集成框架增强了评估，但AHP权重仍含主观性；此外，当前结果为静态评价，未来需纳入时间序列数据或动态模型以捕捉变化条件下的时空变异性。
