黄河是中华民族的母亲河，以“水少沙多、水沙关系不协调”的特殊禀赋著称于世，历史上曾水患频仍，给中华民族带来了深重灾难。人民治黄80年来，在中国共产党的坚强领导下，广大治黄工作者坚持科学治河、系统治河，在洪水控制、水资源调控、调水调沙、水土保持和生态环境保护等方面取得了举世瞩目的辉煌成就，有力支撑了黄河流域生态保护和高质量发展。在全面梳理上述成就的基础上，对未来30～50年黄河水、沙和生态演变情势进行了系统研判。面对气候不确定性增强、来水趋减、来沙量保持低位、生态保护要求持续提升的客观形势，新时代黄河治理须围绕“让黄河成为造福人民的幸福河”新目标，从固安澜、优配置、稳泥沙、兴生态四个战略维度统筹推进，即以“三个洪水”理念主动驾驭洪水资源，以“六水”理念破解水资源长期困局，以“流域-河道-河口”一体化动态调控实现水沙平衡，以量水而行、质量提升的协同理念推动生态高质量保护和修复，最终实现“安澜黄河—生命黄河—幸福黄河”的递进跨越。

为构建农业土地利用转型驱动生态安全与粮食安全协同演进的理论分析框架，系统识别黄河流域农业土地利用的转型特征及其对生态安全与粮食安全协同演进的影响机制，通过整合“宏观阶段识别-中观非线性诊断-微观行为采纳”三层耦合诊断框架，计算农业土地利用转型、生态安全、粮食安全及其协同指数，运用Pettitt突变检验、Mann-Kendall趋势检验、GAM模型和Logit模型，分析1949—2024年黄河流域各指数长时序变化情况。研究发现：1）黄河流域农业土地利用转型和生态安全与粮食安全协同演进具有显著阶段跃迁特征，1978年、1999年、2018年为关键突变节点，协同指数由1978年的0.252提升至2024年的0.617，生态安全与粮食安全关系由长期失衡转向协同提升；2）农业土地利用转型对协同指数具有显著非线性影响，水资源保障水平与协同指数之间存在0.55的响应阈值，户均耕地经营规模对应的平滑函数曲线呈倒U形，峰值位于5~7 hm²区间；3）参加技术培训、加入合作社、获得绿色补贴分别使农户绿色土地利用行为采纳概率提高15.7、11.4和9.3个百分点，表明制度支持与组织化服务是连接宏观土地利用转型与微观行为响应的重要支撑。未来应坚持以水定地、量水而行、分区调控，构建“技术服务-组织支持-政策激励”三位一体的微观传导机制，推动农业土地利用由单一增产导向向生态安全与粮食安全协同导向转型。

黄河水沙条件已发生根本性变化，由“水少沙多”的特性变成了“水沙均少”的常态，客观上与现行规划思路、防洪调度方案制定时的前提条件不匹配。通过归纳分析，认为新时期黄河流域将迈向高质量发展，治理层面面临五方面亟待解决的问题：一是现行洪水设计成果偏离实际，导致防洪布局阵容过大；二是入库沙量骤减但三门峡水库运用方式却未变化，功能被弱化；三是黄河下游河道主槽持续冲刷，但地上“悬河”态势依然存在；四是下游河段卡口制约突出，在偏保守设计洪水条件下蓄滞洪区难以解放；五是黄河中上游地区修建了大量淤地坝，拦减入黄泥沙作用巨大，但存在易溃坝、对生态影响较大等问题。围绕以上关键问题，针对性提出行之有效措施建议：第一，修正现有洪水设计成果和进入下游的年均沙量条件，合理布局下游防洪减灾治理体系；第二，优化三门峡与小浪底水库协同调度方式，充分挖掘三门峡水库价值；第三，通过组织民间水力抽沙降河举措，在不需要国家较多投资的前提下，将下游“悬河”变成地下河；第四，实施下游艾山卡口扩宽措施，突破下游治理瓶颈，扭转下游防洪被动局面；第五，大力推广淤地坝修筑与除险加固新技术，改变传统淤地坝的渗流破坏机理，确保工程安全。

为解决复杂地形条件下有压引水隧洞围岩稳定评价中方向性影响难以表征的问题，提出一种多方向稳定判别方法。基于挪威准则基本思想，将围岩稳定问题由竖向覆盖控制推广为任意方向岩柱的受力分析问题，综合考虑岩柱自重、内水压力、渗流作用及岩体摩擦效应，推导得到围岩最小覆盖厚度的解析表达式，进而构建岩体最小覆盖锥模型，并据此建立多方向统一的围岩稳定判别方法，实现对隧洞中心线上各方向覆盖条件的整体评价。通过基准工况理论解析与数值分析对提出的方法进行验证，并进一步开展参数敏感性分析。结果表明：围岩最小覆盖厚度随方向变化呈明显非单调变化规律，最不利方向位于斜向范围；内水压力与内摩擦角主要影响最小覆盖厚度数值大小，而不改变最不利方向的分布特征。

多沙河流治理是全球水资源与流域可持续发展的重大科学难题。水少沙多、水沙异源、水沙关系不协调是黄河的核心自然属性。人民治黄以来，黄河治理方略经历了由局部被动防御向系统治理的演进。从流域系统出发，对新时期黄河泥沙治理的理论与关键技术开展了探索性研究，在理论层面，黄河泥沙工程控制论以泥沙产生—输移全过程为研究对象，构建入黄泥沙、水库泥沙、河道泥沙与河口泥沙四级递阶控制结构，量化水沙关系协调度，并引入流域发展指数与泥沙工程调控指数，可对治理成效进行定量评估。在技术层面，协同集成了防溃决长效拦沙淤地坝、“蓄清调浑”水库运用、三滩分区治理、流路共轭控制及多库群联动的调水调沙等关键技术体系，实现了“拦、调、排、放、挖”的主动调控。未来需要持续提升黄河泥沙治理体系与治理能力现代化水平，为世界多沙河流治理提供理论借鉴与工程实践。

系统回顾了人民治黄80年（1946—2026年）来黄河流域骨干水库水环境研究历程，将其划分为水沙控制工程建设主导、泥沙淤积与水环境问题显现、水沙综合治理与水质模型探索、生态优先与数字赋能4个阶段，其研究范式由单一水质评价向多维目标系统协同转变。针对黄河的“高含沙”特性与复杂系统特征，提炼了当前亟待攻克的五大前沿科学问题：复杂水沙动力驱动下泥沙-污染物跨介质耦合机理、淤积环境下新污染物生态风险、“双碳”目标下水库碳收支核算与温室气体排放通量、梯级水库群联合调度的累积生态水文效应、数字孪生框架下多尺度物理场耦合模拟。展望了“水利4.0”智慧深化期（2026—2035年）与“水利5.0”共生水环境研究期（2036—2060年）的黄河流域骨干水库水环境研究发展蓝图。

黄河流域灌区规模大、耗水量多，其水资源高效利用对黄河流域生态保护和高质量发展具有重要影响。当前，在数字孪生灌区建设背景下，灌区现代化已由单项设施改造转向数字化、自动化、智能化协同推进，但工作实践仍多聚焦设备配置、监测运行与平台展示，缺少现代化程度的等级认定与分级标准。参照汽车驾驶自动化分级的任务与责任逻辑，提出数字孪生灌区现代化L0～L5分级体系，并将L1～L3级作为近期和中期建设重点，从对象尺度、感知完备性、方案生成能力、执行协同性、风险韧性、责任边界、效益可验证性7个维度细化了各级判据。对黄河流域代表性引黄灌区公开资料的工程评价表明：多数数字孪生灌区建设处于L1级，少数先行先试灌区部分渠段具备L2级能力，L3级需连续运行记录与异常接管证据支撑。

设计沙量是黄河重要规划和重大工程论证时必须使用的关键参数，通常以未来一个时段黄河干支流某断面的多年平均沙量为代表。研究认为，设计沙量相应的未来时段长度应根据服务对象的需要来确定，针对重大水利枢纽工程或跨河建筑物的未来时段长度应大于工程设计寿命，论证备用入海流路或编制滩区容沙空间规划时应按数百年考虑。针对未来30~50年的设计沙量，宜采用水文法与成因法同步估算，以相互校核、确定设计沙量的合理区间；对于未来百年甚或数百年的设计沙量，建议按近期（50年以内）、远期（50年以后）分时段估算，估算远期设计沙量时建议主要考虑梯田、人造水平阶地、龙羊峡等青藏高原大型水库的减沙作用。

针对“双碳”目标下流域水风光一体化装机容量优化配置问题，综合考虑发电、生态效益与极端气候风险，研究水风光一体化基地装机容量多目标协同优化配置，具有重要的意义和应用价值。以黄河上游茨哈峡水风光一体化基地为研究对象，阐明了水风光资源演变规律及极端气候下的低出力特征，构建了兼顾发电效益、生态效益与极端气候风险的水风光储容量优化配置模型，并采用多准则决策分析法筛选最优装机配置方案。结果表明：1）2035—2065年风电、光伏年平均出力均呈波动下降趋势。2）4种SSP情景下，极端气候诱发的低出力事件年均频次在43.68~46.29次之间。3）在水电装机4 200 MW条件下，推荐最优装机方案为风电1 000 MW、光伏5 000 MW、储能1 000~2 000 MW·h。与基准方案相比，最优方案的平均弃电率和失负荷率分别降低5.54%和6.65%，极端气候导致的缺电量降低60.4%，万元投资碳减排量增加53.01 t，可实现一体化基地的运行经济性、气候适应性和减排能力的协同提升。

人民治黄80年来，黄河实现了由之前的频繁决溢向岁岁安澜的历史性转变。然而，影响黄河安澜的水沙关系不协调的问题尚未得到根本解决，地上“悬河”仍处高位运行状态，流域长治久安仍面临潜在严重风险与挑战。水土保持是从源头减少入黄泥沙以保障黄河长期安澜的治本之策。但是，在长期治黄实践中，鉴于防洪减灾的紧迫性，防洪“治急病”的工程性措施优先推进，水土保持“治慢病”的基础性、源头性工作仍有待强化。实现黄河长期安澜的关键，在于协调水沙关系，其根本在于有效控制黄土高原强烈的水土流失。水土保持就是一项以源头调控为核心的广义调水调沙工程，通过改变来水来沙过程、优化水沙配置结构，从根本上缓解黄河“水少沙多、水沙异源和水沙过程不匹配”的结构性水沙不协调的问题。当前，黄土高原水土保持已进入以结构优化与功能提升为特征的新阶段，治理重点应由以工程扩张为主的增量建设，转向以结构优化与功能提升为导向的存量提质。未来应聚焦顽固侵蚀地区的精准治理，强化沟谷坡水力-重力耦合侵蚀机理与防控技术研究，系统推进现存水土保持工程的提质增效与标准提升，进一步推动治理模式由重建设向建管并重转变，强化极端暴雨情景下防灾减灾能力，构建常态与极端事件协同应对的防控体系，以提升源头控沙能力。总之，要进一步强化水土保持在黄河流域治理中的基础性与战略性地位，将其作为协调水沙关系、保障黄河长治久安的核心支撑，为推动黄河流域生态保护和高质量发展提供坚实的基础保障。

以长江经济带11个省份和黄河流域9个省份为样本单元，以2002—2017年为研究期，依据国家统计局网站发布的投入产出表，构建多区域投入产出模型，测算水、碳、生态足迹在各区域内产业部门间的流动量和在各区域间的流动量，系统揭示两大国家战略区域3类足迹的流动特征，以期为长江经济带和黄河流域两大国家战略区域制定差异化、精准化绿色发展策略提供科学依据。主要研究结论如下：1）研究期长江经济带产业部门间水、碳、生态足迹流动中，农业水足迹流出量最大但呈现下降态势，能源类产业部门碳足迹流出量较大、服务业与建筑业碳足迹流入量较大，生态足迹在产业链中流动持续增强，重化工类产业部门生态足迹流入量较大、服务业生态足迹流出量较大；2）研究期黄河流域产业部门间水、碳、生态足迹流动中，农业水足迹和生态足迹流出量始终较大，农业生态足迹长期流向食品加工、纺织及金属冶炼等产业部门，能源类产业部门碳足迹流出量较大，重化工和装备制造等产业部门生态足迹流入与流出规模同步扩大；3）研究期长江经济带是全国最大的水、碳、生态足迹流出区域，从净流动量看，长江经济带3种足迹流动均呈现持续增大的净流出，黄河流域3种足迹流动均呈现持续增大的净流入，3种足迹在两大国家战略区域之间的流动均呈现由长江经济带流向黄河流域。

西北干旱半干旱地区城市面临内涝、合流制溢流（CSO）污染和水资源短缺复合水安全问题。以吴忠市南片区为例，构建洪涝和水质模型，以厂前合流制溢流污染削减指数最大、建设成本最小为目标，采用NSGA-Ⅱ优化LID设施的空间布局，分析了LID源头控制与管网雨污分流改造的灰绿协同控制措施对城市内涝风险与合流制溢流污染削减效果。结果表明：随着降雨重现期增大，污染削减指数与成本的Pareto前沿斜率逐渐趋缓，拐点附近的方案能达到污染削减与成本的平衡；灰绿协同控制措施可以降低整体积水范围与深度，但难以完全消除局部的积水，调蓄池和泵站仍是减缓局部内涝风险的必要补充；入渗是研究区雨水消纳的主要途径，LID设施在低重现期降雨中发挥了重要调蓄作用，LID源头控制与雨污分流改造的灰绿协同控制措施是削减污水处理厂前CSO污染的最有效方案。

近年来，在全球气候变化与人类活动双重影响下，黄河流域极端洪旱灾害频发，水沙情势呈现新的变化，对洪水治理管理提出更高要求。系统梳理了黄河流域洪水治理管理的实践历程与主要经验，分析了新时期面临的形势与挑战。研究表明：黄河流域防洪工程体系、洪水治理管理支撑体系和水沙调控联合运用机制持续完善，推动洪水治理实现了从被动应对洪水到主动调控水沙的转变，并迈向人水和谐新阶段。然而，面向洪水治理管理的新形势，洪水治理管理理念和管控要求、黄河水沙及河库边界均在持续变化，未来亟须以洪水控制、洪水利用、洪水塑造新理念为统领，立足流域系统视角，坚持水沙兼治，构建涵盖“沟道-水库-河道”全链条的洪水治理管理工程体系，完善洪水治理管理支撑体系建设，以构建数理双驱流域大模型为抓手，持续推进淤地坝系平衡理论、水工程调度优化、下游河道防洪韧性提升以及高含沙洪水适应性调控等理论与技术研究。 

技术创新是推动产业深度融合的重要动力之一。基于2010—2022年黄河流域76个地级市面板数据，采用双固定效应模型研究技术创新对产业协同集聚的影响。结果表明：黄河流域技术创新水平与产业协同集聚水平均呈现明显空间非均衡特征，技术创新水平整体表现为上游低、中下游高的空间分布格局，产业协同集聚由点状集聚向多中心联动演化；技术创新对产业协同集聚具有显著的U形非线性影响；技术创新对产业协同集聚的影响存在明显区域差异，中下游地区、资源型城市以及中小城市的非线性影响更为显著；产业结构升级和数字基础设施是技术创新影响产业协同集聚的重要传导路径。

针对黄河口潮滩湿地动态变化监测中Sentinel-1合成孔径雷达（SAR）影像重访周期较长、时序监测影像存在空缺，以及传统深度学习预测方法难以兼顾不规则时间采样和复杂散射特性的问题，以黄河口2016—2025年241景Sentinel-1 IW GRDH双极化时序影像为基础构建长时序SAR数据集，提出一种融合时空编码、交叉注意力和频域引导的深度流匹配网络（STFG-FMNet）模型。该模型将SAR影像预测建模为连续变化过程，引入时空编码描述影像采集时间和空间位置信息，利用交叉注意力机制增强历史影像间变化特征的交互能力，并在UNet骨干网络中构建频域引导分支，提升模型对多尺度散射特征的表达能力，同时采用流匹配训练范式学习影像变化场，以解决传统直接回归方法易产生预测模糊问题。STFG-FMNet模型与持久性基线和UNet回归方法的对比试验表明：STFG-FMNet模型在VV波段的结构相似性指数（SSIM）为0.82，较持久性基线和UNet回归方法分别提高0.17和0.14；在VH波段的SSIM达到0.97；STFG-FMNet模型能够有效提升黄河口SAR时序影像预测精度。

以伊洛河黑石关站以上流域为研究区域，基于2001—2024年多源气象、径流与下垫面资料，结合趋势检验、距平分析、滞后相关与WACM模型，分析径流演变、降水响应及月径流模拟适用性，旨在明确近期径流丰枯演变、降水滞后响应及WACM月径流模拟支撑能力。结果表明：面平均年降水量和年平均流量呈不显著上升趋势，黑石关站年平均流量为63.86 m³/s，未检出显著突变；径流阶段性明显，2013—2020年持续偏枯，2021年极端降水快速回补累积亏缺，并增强趋势判断对极端年份的敏感性；年降水量与年径流深显著正相关；月径流主要响应当月或滞后1个月，汛期当月响应最强，非汛期滞后1个月响应最强；WACM率定期纳什效率系数、决定系数、百分比偏差分别为0.91、0.92、-2.91%，验证期分别为0.73、0.75、5.25%，可较好再现月尺度丰枯转换和汛期径流集中过程。

精准揭示黄河源区水源涵养演变时空规律与驱动机制，科学制定水源涵养能力提升对策，对黄河流域生态保护和高质量发展至关重要。基于黄河源区数字高程模型、土地利用、土壤、气象及水文等多源数据，构建耦合冻土、积雪、土壤水文过程的水源涵养物理机制模型；结合层次聚类法完成水源涵养单元（WCU）精细化划分，并利用地理探测器定量解析13个因子的单因子及双因子交互驱动效应，提出各水源涵养单元差异化涵养能力提升对策。结果表明：黄河源区被划分为10个WCU，各单元水源涵养量空间分异显著，其中WCU6涵养能力较强（338.0 mm），WCU10较弱（25.5 mm）。降水是水源涵养变化的核心主导因子，其与实际蒸散发、土壤温度、生态系统类型的交互效应最为显著。依据驱动机制差异将10个单元划分为自然恢复与人工修复两类空间管控类型，并在人工修复区划分高、中、低修复潜力区，针对性制定差异化的生态修复措施与长效管护机制。

黄河中下游是黄河流域生态保护和高质量发展的核心支撑区，揭示其水-社会经济-生态复合系统韧性的时空演化特征与驱动机制，对识别流域系统脆弱性节点、提升流域风险抵御能力和可持续发展水平具有重要的理论与实践价值。基于抵抗性、恢复性、适应性评估框架，采用熵权-TOPSIS法测算2008—2022年黄河中下游地级市的系统韧性，综合运用TS-MK趋势检验、空间自相关分析、参数最优地理探测器（OPGD）及时空地理加权回归（GTWR）模型进行系统韧性演化与驱动分析。结果表明：研究期内系统韧性整体提升显著，呈缓增—波动—快增三阶段演进，2019年受国家政策影响驱动效应明显，其中适应性增长率达259.05%，是韧性增长的核心贡献者。空间上，省际差异显著，山东、陕西、河南为高值集聚区，地级市层面西安、郑州、济南领先，除个别地级市外均普遍呈上升趋势。供水量是解释力最强的单因子，科技与教育支出次之，生态环境类指标作用有限；驱动机制由早期的资源供给主导向效率提升与多因子协同转变。GTWR模型进一步显示，供水边际效应递减，科技支出的正向影响向核心城市集聚，教育支出在欠发达地区边际效益更高，环保支出区域差异趋于收敛。流域水-社会经济-生态系统韧性已从传统的水资源约束路径，转向科技、教育与协同治理复合驱动的新模式。

受气候暖湿化、生态修复工程与新型人为扰动叠加影响，黄河源区风、水、冻融和重力侵蚀营力在时空上高度交织，致使土壤复合侵蚀状况日趋复杂，流域水沙产输格局不断重构，区域水土保持和水源涵养功能的稳定性面临潜在威胁。系统梳理了黄河源区复合侵蚀的类型、分布规律与总体演变态势，从多营力土壤侵蚀耦合机理、复合侵蚀作用下的水沙模拟、水土流失防治3个维度全面总结已有研究进展。针对当前研究的不足，聚焦关键科学问题，提出未来应在加强长期野外原位监测与室内控制试验的基础上，进一步深化冻融-风-水-重力多过程非线性交互机理研究，完善复合侵蚀过程的关键参数化方案；改进耦合高寒区复合侵蚀过程的分布式水沙模型，提升模型在多时空尺度下的模拟精度；最终形成水土保持与水源涵养功能协同提升的差异化空间管控策略，为黄河源区水土流失精准防控和生态系统保护修复提供技术支撑。

针对陕西省关中地区水资源禀赋不足、供需矛盾突出问题，引入马斯洛需求层次理论，将生活、工业、农业、生态用水划分为刚性、弹性、奢性3个层级,以社会综合效益最大化为核心目标，构建了基于需求层次理论的多目标优化配置模型，采用组合赋权-TOPSIS决策方法对50%、75%、90%三种来水频率下的配置方案进行优选。结果表明：关中地区用水呈“农业主导、生活工业均衡、生态可控”特征，农业用水占总需水量45%以上；基准年缺水率随来水频率升高而升高，从18.508%增至31.726%；规划水平年在外调水支撑下，节水方案在50%来水频率下实现各类用水需求100%满足，在90%来水频率下生态满足度达90.26%，生活、工业保持高保障水平。所建模型通过权衡满意度与均衡度，可有效避免低水平公平陷阱。

针对黄河流域“水沙伴生”禀赋特征及极端洪水泥沙事件风险高、危害大的系统性挑战，根据黄河流域洪水管理实践探索其底层管理逻辑，提炼“三性互转”洪水动态管理范式。围绕洪水危害性、资源性、功能性三重属性之间动态转化的内在逻辑与管理思维展开深入阐释，梳理整合了“智慧中枢-调控支撑-制度保障”三位一体技术框架。在此基础上，形成了“危害性精准防控、资源性科学利用、功能性主动塑造”的动态协同实践路径，并结合历史经验验证了范式成效。该范式实现了洪水管理从单一控制到多属性动态转化、从工程主导到系统治理的转变，为黄河流域生态保护和高质量发展提供了实践参考，同时为落实“三个洪水”系统解决方案提供了理论框架与实践路径。

为促进黄河流域农业绿色转型与高质量协同发展，采用综合指数法和超效率SBM模型，测算黄河流域农业新质生产力和耕地利用生态效率；运用耦合协调度模型、基尼系数法及障碍度模型，探究黄河流域农业新质生产力系统和耕地利用生态效率系统耦合协调水平、区域差异特征及障碍因子。结果表明：1）黄河流域农业新质生产力呈稳步增长态势，其中四川增幅最大，甘肃增幅最小。2）黄河流域耕地利用生态效率呈波动上升态势，甘肃、青海为低级水平，陕西、山东、山西、宁夏为中级水平，四川、河南、内蒙古达到高级水平。3）黄河流域两系统耦合协调度呈持续上升态势，经历了从弱度协调至优质协调的演变历程。4）黄河流域两系统耦合协调度总体基尼系数呈倒V形波动减小趋势，区域内差异呈上游＞中游＞下游的空间分布格局，区域间差异表现为上游-中游＞上游-下游＞中游-下游的空间特征；区域差异来源为区域内贡献率＞区域间贡献率＞超变密度贡献率。5）黄河流域各省（区）两系统的障碍因子有所不同，农业新质生产力主要障碍因子有乡村就业人数、农林牧渔专业及辅助性活动产值占比、节能环保支出占比，耕地利用生态效率主要障碍因子有耕地利用碳排放量、农业从业人数和农业机械总动力。基于研究结果，提出了促进黄河流域农业新质生产力提升与耕地利用生态效率协同优化的对策建议。