全球气温持续攀升、极端天气频发，气候变化已成为全球性紧迫挑战。在全球气候治理转向“行动落实”的背景下，结合第30届联合国气候变化大会（COP30）中国角边会的专题发言内容和流域生态治理经验，探讨能源转型路径与流域生态治理协同机制。研究表明，气候变化加剧了全球能源安全与流域生态系统的双重挑战，能源转型与生态治理的协同推进成为实现绿色低碳发展、保障生态安全的核心路径；降低能耗是能源转型最经济可行的选择，多能互补为流域能源转型提供创新方向，水力发电作为成熟可再生能源，在调峰支撑、保障供电稳定方面作用显著，尤其“水少沙多”的黄河已建、在建和拟建的水利枢纽，对于全河水沙调控作用巨大，在入河沙量大幅度减少的现状下，水力发电、生态保护和水资源优化配置的功效将更大；以湍流研究为例，基于“涡团模式”推导的流速分布公式可跨界应用于水利、风沙治理、航空发动机能耗优化等领域，印证基础研究突破对应用研究和技术研发落地的支撑作用；能源转型与流域生态治理目标同向，二者融合催生的生态经济可通过资本杠杆实现生态保护与经济发展双赢。最后指出，能源转型需构建从基础研究到系统治理的全链条协同体系，强化创新源头、激活能效市场，还应有推动发展模式转型的政策保证。

为了深入贯彻落实黄河流域生态保护和高质量发展战略部署，将新质生产力对绿色技术创新发挥的重要引擎作用落实到生态保护的具体过程中，选取2014—2023年黄河流域九省区面板数据，利用基准回归模型、中介效应模型、门槛回归模型等，并结合稳健性检验、内生性检验等方法，实证检验绿色技术创新赋能新质生产力对黄河流域生态保护的影响机理。结果表明：1）新质生产力能有效提升黄河流域的生态保护水平。2）新质生产力通过绿色技术创新推进黄河流域生态保护。3）新质生产力影响黄河流域生态保护的过程中，绿色技术创新发挥显著的门槛效应。4）黄河流域区域发展水平不同，新质生产力在影响黄河流域生态保护时存在显著的异质性。黄河流域应充分发挥新质生产力对生态保护的促进作用，不断完善促进绿色技术创新体系的政策，科学制定绿色技术创新投入强度，结合区域发展实际，实施差异化发展战略。

黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施迫切要求环境保护与产业协同发展，国内外典型流域的实践经验可为黄河流域环境保护与产业协同发展提供重要现实借鉴。采用多案例比较分析法，从国内外大江大河中选择密西西比河、莱茵河、亚马孙河、尼罗河、长江、珠江作为对比流域（案例），剖析黄河流域与对比流域在环境保护与产业协同发展方面的共性与差异，进而基于对比流域的多元化发展经验和黄河流域禀赋特点及面临的问题提出进一步推动环境保护与产业协同发展的策略。多案例对比分析表明：各对比流域均强调政策法规引导、科技创新应用及数智化监测体系构建的重要性，但黄河流域在这些方面存在明显的不足，且面临水资源严重短缺、产业结构单一、高耗水产业占比大等问题及独特挑战。进一步推动黄河流域环境保护与产业协同发展的策略：健全黄河流域生态环境保护纵横向协同与补偿机制；坚持生态优先、科技创新，推动绿色发展；借助大数据资源，引领流域产业发展的数智化转型；推动流域绿色产业高效发展，形成绿色低碳循环经济体系。

为扩展数字经济赋能低碳发展的研究视角并为黄河流域生态保护和高质量发展提供决策参考，基于2012—2022年黄河流域9个省份的面板数据，构建指标体系并测算数字经济发展水平，构建以碳锁定程度为被解释变量、以数字经济发展水平为核心解释变量、以产业结构升级水平为中介变量、以城镇化水平为调节变量的基准计量模型、中介效应模型、调节效应模型，并实证分析了数字经济的碳解锁效应及其机制。研究结果表明：1）黄河流域数字经济发展具有良好的碳解锁效应，尤其在中下游地区、拥有创新产业集群的地区和资源密集型产业占比较低的地区数字经济的碳解锁效应更为显著；2）数字经济发展通过促进产业结构升级发挥碳解锁效应，即产业结构升级对黄河流域数字经济的碳解锁效应具有显著的正向中介作用；3）研究期城镇化对黄河流域数字经济的碳解锁效应具有负向调节作用。建议：1）加快数字经济发展，进一步强化其碳解锁效应；2）实施区域差异化发展策略，推动黄河流域各地区数字经济与绿色低碳产业的协调发展；3）进一步优化产业结构，推动绿色低碳产业发展；4）实施绿色城镇化，构建低碳生活空间。

为探索重大国家战略区域绿色创新协同发展路径、给实施区域协调发展战略提供决策参考，基于2014—2022年我国4个重大国家战略区域（京津冀、长江经济带、长三角、黄河流域）22个省份的面板数据，采用超效率SBM模型、核密度估计、Dagum基尼系数及其分解方法测算各战略区域绿色创新效率并分析其动态演进情况和区域差异，得出如下主要结论：1）重大国家战略区域绿色创新效率整体呈上升趋势且仍有较大提升空间，4个战略区域绿色创新效率高低排序为长三角、京津冀、长江经济带、黄河流域；2）从各战略区域绿色创新效率动态演进情况看，研究期京津冀提升幅度最大、黄河流域提升幅度最小；3）重大国家战略区域绿色创新效率的总体差异主要由区域间差异所导致，尤其黄河流域与长三角之间的差异最为突出，且区域间的差异呈增大趋势；4）从各战略区域内绿色创新效率的差异看，黄河流域内发展不平衡问题最突出，其次为长江经济带，京津冀和长三角区域内差异相对较小。基于研究结论提出如下对策建议：1）构建绿色技术创新激励机制，加大绿色创新投入；2）完善绿色创新政策体系，激发多元主体活力；3）优化区域内部资源配置，破解“马太效应”；4）强化跨区域协同机制，缩小区域间差异。

以乌江流域为研究区，基于多年气象观测数据计算月尺度气象干旱指数SPEI-1,构建时空立方体模型，系统刻画气象干旱在时间、空间、强度3个维度上的演变特征。结果表明，流域整体呈“西北偏干、东南偏湿”的空间格局；标准化趋势分数介于-2.38～1.17之间，趋势显著性检验的P值最小为0.017，仅少数区域达到显著水平。基于时空聚类，将研究区划分为5类，其中小面积类型多表现为“震荡热点”，干旱波动较大；大面积类型多表现为“震荡冷点”，干旱较弱且相对稳定。12个气象站的趋势强度值介于-1.954 8～0.672 5之间，站点间差异明显，表明气象干旱具有显著的时空异质性与周期性。

为探究黄河三角洲浅表层渗透系数K的时空分布特征及其对沉积环境变化的响应，于2024年7月在黄河三角洲采集地表及以下10、30、50 cm深度的土样共96个，进行颗粒分析并采用经验公式法计算各深度平均及浅表层等效渗透系数，计算结果通过现场原位竖管试验进行验证。研究发现三角洲浅表层沉积物主要为黏土和砂土，地表及以下10、30、50 cm深度粒径均值分别为28.8、26.1、29.9、29.1 μm，对比2015年采样结果，d₁₀、d₅₀、d₉₀均方差分别减小26.2%、47.8%、30.4%，K值由0.02~3.10 m/d变为0.10~1.54 m/d，沉积物分选性变好，K均值变化不大但空间差异减小。刁口河保护区K值空间差异不大，黄河三角洲湿地一般保护区K值普遍大于核心保护区。保护区浅表层沉积物水平等效渗透系数介于0.07~1.78 m/d之间，垂向等效渗透系数介于0.03~1.51 m/d之间，水平与垂向K值之比为1.18，各向同性显著。上述变化体现了2015年以来黄河来水来沙、湿地补水与保护措施等对三角洲沉积环境的综合影响。

针对坐底式水下连续构筑物布设引起的局部流场变化，采用RNG k-ε湍流模型，对坐底式连续构筑物引起的泥沙冲淤规律进行分析。结果表明：构筑物纵向长度小于水流宽度时会在背流侧后方形成涡流，涡流范围随着构筑物长度的减小而减小，并在侧边迎流点形成冲刷坑，冲坑深度与构筑物长度负相关；构筑物的阻水作用，使构筑物迎流侧与背流侧形成涡流，构筑物较宽时会在上侧形成涡流，并产生淤积，淤积量与构筑物宽度正相关；构筑物与水流方向成一定夹角，使得同一纵向截面内形成流速差，水流由背流侧钝角向锐角方向流动，并在锐角处形成弧形旋涡，对构筑物下侧稳定具有一定威胁。

随着河道整治工程的完善和小浪底水库的运用，黄河下游已成为强人工约束作用下的河道，掌握强人工约束条件下的下游河床演变规律可为有效进行河道整治和下游防洪提供理论依据。以黄河下游游荡性河道为研究区域，基于1950—2022年花园口水沙、断面地形数据及1949—2019年游荡性河道整治工程修建数据，探讨了强人工约束下游荡性河道河床演变过程。结果表明，河道整治工程密度增大，对游荡性河道的约束作用越来越强，河道主流摆动范围明显缩小，且工程靠河长度明显增加，很好地发挥了稳定主流的作用；在小浪底水库调水调沙作用下，下游河道主槽实现多年的持续冲刷，床沙中值粒径呈现随时间粗化、沿程细化的时空演变特征；弯曲系数整体呈上升趋势，游荡性河道快变、顺直的特性有所改变，具有部分弯曲河型的特征；河相系数整体上呈减小趋势，改善了河道断面形态，河道断面向窄深发展。

为了探究宁夏水资源高效利用与多系统协同发展，以“四水四定”为理论框架，对不同情景下宁夏“水-生-能-粮”系统的耦合协调情况进行研究。选取“四水四定”变量，构建宁夏“水-生-能-粮”系统动力学模型，通过设定社会经济发展、用水效率提高、综合发展3种情景，预测宁夏“水-生-能-粮”系统变化情况并计算系统耦合协调度。结果表明：1）宁夏“水-生-能-粮”系统动力学模型具有较高可信度，通过调整不同参数，可预测2023—2030年宁夏水资源、生态、能源、粮食4个子系统之间的联系及变化情况。2）在社会经济发展情景下，宁夏处于经济上升和城镇化发展期，总人口、地区生产总值、城市建成区绿地面积、发电量等预测结果均呈现上升趋势；在用水效率提高情景下，总人口、地区生产总值等指标增速放缓，用水总量显著下降，非常规水利用量不断提升，耕地灌溉面积上涨较缓，农业用水量占比下降明显；在综合发展情景下，经济发展势头低于社会经济发展情景、高于用水效率提高情景，而用水状况优于社会经济发展情景、劣于用水效率提高情景，基本满足宁夏可持续发展要求。3）宁夏“水-生-能-粮”系统耦合协调状况总体良好，3种发展情景下的“水-生-能-粮”系统发展遵循“逐渐耦合—渐进协调”的演化路径，用水效率提高情景下“水-生-能-粮”系统耦合协调情况最优。

为提高黄河流域“水-能源-粮食”共生系统适配程度，促进水、能源、粮食3种资源协同，助力黄河流域生态保护和高质量发展，以黄河流域九省（区）为研究区域，基于共生理论构建“水-能源-粮食”共生系统适配度评价指标体系，采用TOPSIS法计算适配度，并运用障碍度模型发掘各省（区）适配度提升的关键制约因素，对2012—2020年黄河流域“水-能源-粮食”共生系统适配度的发展变化进行分析。结果表明：1）宁夏的“水-能源-粮食”共生系统适配度呈轻微波动上升趋势；青海、四川、甘肃的系统适配度呈波动下降趋势，但近年开始转升；内蒙古、山西、陕西、河南、山东五省（区）适配度在一定范围内波动。2）采用标准差分级法计算得出，青海为高适配度区，四川、内蒙古、陕西为较高适配度区，山西、甘肃、河南、山东为中适配度区，宁夏为低适配度区。3）人均水资源量、水资源开发利用率是黄河流域九省（区）“水-能源-粮食”共生系统适配度的主要制约因素。最后，根据各省（区）适配度的主要障碍因子，提出相应建议。

为精准预测资源型缺水地区需水量并揭示其驱动机制，以典型的资源型缺水的太原市为研究对象，结合主成分分析（PCA）法、极端梯度提升树（XGBoost）模型与长短期记忆网络（LSTM），构建“特征降维-特征选择-时序校正”三阶段预测模型。首先，利用PCA法对11个原始指标进行降维处理，提取经济-工业-城镇化、农业-效率、自然-生态3类主成分；然后，采用XGBoost模型对主成分因子进行重要性排序与初步预测；最后，将PCA与XGBoost初步预测值共同输入LSTM网络，深度挖掘需水量序列的长期依赖性与非线性动态特征。结果表明：1）PCA-XGBoost-LSTM模型在测试集上平均绝对误差E_a为0.003，均方根误差E_r为0.024，拟合优度R²为0.970，纳什系数η为0.930，其预测精度与稳定性均显著高于XGBoost、LSTM等单一模型。2）前3个主成分（PC1、PC2、PC3）的累计方差贡献率达到86.3%，反映出太原市资源型缺水的需水特征。3）敏感性分析得出GDP的弹性系数为0.76（＜1），表明经济增长对水资源的依赖呈边际递减趋势；农田灌溉用水量的弹性系数（-0.85）绝对值最大，表明提升用水效率是缓解水资源供需矛盾的关键途径。

为助力北方缺水地区实现水资源精细化管控，基于DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）框架，构建水资源承载力评价指标体系，并运用博弈论组合赋权法和可拓云模型对2013—2022年长垣市水资源承载力进行评价。结果表明：1）研究期长垣市水资源承载力水平显著上升，由2013年的Ⅴ级（严重超载）提高到2022年的I级（可承载）；2）绿化覆盖率、生态环境状况指数、产水模数和城市污水处理量是影响长垣市水资源承载力水平的关键因素；3）2018—2019年，长垣市水资源承载力水平出现突降，2020年以后恢复正常，主要是水资源总量下降、用水浪费和城市污水处理效率低引起的。通过分析各指标对水资源承载力的影响程度，为长垣市制定提高水资源承载力水平相关措施提供参考。

为提高地下水位预测精度，提出多级经验小波变换(MEWT)方法，并基于热量传递搜索(HTS)算法、库仑-富兰克林算法(CFA)、移动阻尼波算法(MDWA)、热交换优化(TEO)算法、晶体结构算法(CryStAl)、菲克定律优化算法(FLA)、能量谷优化(EVO)算法、雾凇优化算法(ROA)、传播搜索算法(PSA)、吸引-排斥优化算法(AROA)共十种“物理”算法和HKELM预测器，提出MEWT-HTS/CFA/MDWA/TEO/CryStAl/FLA/EVO/ROA/PSA/AROA-HKELM地下水位预测模型，并以云南省陈官、临安、东城水文站地下水位时间序列预测实例对各模型进行验证。首先，利用MEWT对地下水位时间序列进行二级分解；其次，基于各分量训练集构建HKELM超参数优化实例目标函数，利用十种“物理”算法对实例目标函数进行极值寻优；最后，构建MEWT-HTS/CFA/MDWA/TEO/CryStAl/FLA/EVO/ROA/PSA/AROA-HKELM模型对实例地下水位时间序列各分量进行预测和重构。结果表明：HTS/CFA/CryStAl/FLA/EVO/ROA/PSA/AROA寻优能力优于MDWA，明显优于TEO；MEWT-HTS/CFA/CryStAl/FLA/EVO/ROA/PSA/AROA-HKELM模型对陈官、临安、东城预测的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为0.486 2%~0.341 2%、0.266 9%~0.222 4%、0.048 6%~0.044 8%，决定系数(DC)在0.999 9以上，具有理想的预测效果；十种“物理”算法寻优性能与十种模型预测精度具有较好的一致性，总体上算法寻优性能越强，获得的HKELM超参数越优，所构建的模型预测精度越高；MEWT具有分解效果好、分解分量少等优点，是一种简捷高效的分解方法。

甘肃省水资源供需缺口持续扩大，供需矛盾与生态退化叠加。选取甘肃省为研究区，基于水源涵养服务供需权衡视角，采用水源涵养供给评估模型和水资源需求评估模型量化评估水源涵养供需格局变化。结果表明：2000—2020年，甘肃省水源涵养量空间分布呈现南部高、北部低，西部低、东部高的特征，高水源涵养量集中分布在祁连山和秦岭，同时水源涵养量呈现增大、减小、增大的波动变化；水源涵养赤字最大值由2000年的303.701万m³增大至2020年的648.525万m³，赤字区由2000年分散的西北—东南向、西南—东北向分布格局，向兰州都市圈集聚；水源涵养供需盈余冷热点分布格局发生变化，热点区从甘南向祁连山东部迁移，而冷点集聚区范围持续扩大，由酒泉、嘉峪关和张掖三市交界处，沿河西走廊向张掖市蔓延。

为支撑黄河流域高质量发展，基于混合赋权法评估了黄河流域水资源高效利用水平的绿色度指数、协调度指数和效率度指数，以双重差分模型考察了2016年全国及黄河流域水权交易平台建立以来的政策冲击、多维度影响及政策融合效果，结果表明：水权交易提升黄河流域水资源高效利用绿色度指数效果显著，具体提高了6.540，协调度指数和效率度指数分别提高了1.243、1.972；从政策融合角度来看，节水政策、植树造林政策与水权交易政策融合显著提升了黄河流域水资源高效利用的绿色度，重点生态功能区转移支付政策和水权交易政策融合对于区域水资源高效利用的协调度有一定促进作用。

水资源是关系黄河流域生态保护和高质量发展的核心命脉，研究黄河流域水环境的压力-状态-响应协调性对促进黄河流域生态保护和高质量发展至关重要。利用PSR框架模型，系统分析黄河流域水环境压力-状态-响应状况及其协调发展度，并借助面板数据模型，探讨“四水四定”原则下城市、土地、人口、产业绿色发展对黄河流域水环境压力-状态-响应协调性影响力。结果表明：2011—2020年黄河流域水环境压力-状态-响应协调发展呈现良性向好趋势；中下游较上游水环境压力更大，下游采取的水环境响应措施效果显著，水环境压力-状态-响应协调发展度明显增大；黄河流域绿色发展综合指数显著增大，且对区域水环境压力-状态-响应协调发展度具有显著正向影响；“四水四定”原则下，黄河流域在水环境条件的约束倒逼下，城市和产业发展的“胁迫优化”效应显现，土地、人口的正向作用并不显著，有待进一步提高。

黄河流域是我国水土流失最严重、生态环境最脆弱的区域，黄河流域水土保持措施具有显著的生态效应、经济效应和社会效应。为给水土保持功能价值的增强、交换价值的实现、金融价值的放大提供理论支撑，并为加快形成黄河流域水土保持生态产品价值实现格局、推进黄河流域水土保持事业高质量发展等提供参考，从可持续发展视角，揭示了水土保持效应的3种价值形态，即体现功能价值的生态产品、体现交换价值的生态商品、体现金融价值的生态金融品，进而从价值化、产品化、商品化、金融化4个阶段揭示了水土保持效应的价值转化过程，阐述了价值转化的产权明晰、价值核算、价值定价、市场消纳、金融创新5种机制，并提出了建立流域水资源共有权、完善水土保持价值核算模型与方法、实行差异化价值定价机制等完善价值转化机制的对策。

为实现EPC模式下长距离供水工程建设管理可视化及业务精准研判，按照基础设施层—数字孪生平台—智慧应用层架构，构建工程设计-施工一体化数字孪生智能建造系统，系统融合设计-施工参数化正向设计技术、设计-施工模型转换与渲染技术、知识提取技术、工程进度数字孪生体系，在廊坊市“北三县”供水工程进行应用。应用结果表明：基于IFC标准与数据字典的深度语义映射协议，可实现设计BIM模型向施工BIM模型的转换，导出模型的几何精度、材质贴图保真度等5个关键指标值均超过90%；采用动态LOD与GPU实例化渲染的联合优化技术对模型进行渲染，优化模型的帧率和显存节省率提高；搭建项目级本地化知识库，使知识检索准确率达到92%。该系统能有效解决当前EPC供水工程的建管困境，实现工程高效化、智慧化运转。

为解决传统水利工程维修养护经费测算效率低、误差大、审核难的问题，引入数字孪生技术，构建了以工程量、定额标准和调整系数乘积矩阵为核心的智能测算模型。该模型通过数字孪生平台采集工程基础数据，依据测算标准构建规则库，实现调整系数的自动匹配，并采用矩阵运算提升计算效率。同时，研究设计了一套多维动态审核机制，该机制融合状态感知、空间特征复核、业务规则校验与区块链存证技术，实现了对经费申报数据的多层面、全流程审核。基于上述模型与机制开发的水利工程维修养护经费预算管理系统，已在黄河水利委员会79个水管单位投入应用，可使多层级人工填报、审核、汇总的工作效率提升3倍，测算结果经验证准确可靠，实现了速度与精度的双向突破，为水利行业定额测算经费管理提供了可推广的数字化应用方案。

科学评估流域梯级水电站数据资产价值是优化资源配置和提升数据管理效率的关键。提出一种适用于流域梯级水电站的数据资产价值全生命周期评估方法。基于知识图谱和数据湖技术开展流域梯级水电站多源异构数据融合，利用机器学习和微调大模型自动生成数据资产目录；构建从内在价值、成本价值、索引价值、进度价值、质量价值、安全价值、产能价值、环境价值和退役价值9个维度量化数据资产价值的HydroDV-CPAR模型,在此基础上，开发数据资产管理平台。以流域梯级水电站安全隐患数据、井眼轨迹数据、调度数据为例，验证了提出方法的有效性。验证结果表明，所提出方法能够自动生成对应数据资产目录并量化数据资产价值，平台成功实现数据采集、设备监控、数据仓库构建、专家级问答、数据资产价值评估功能。

高效的渠系优化配水方案对于提高灌区灌溉水利用效率至关重要。针对新疆五家渠灌区渠道众多、渗漏损失量较大的现状，建立了以干、支两级渠系渗漏损失量最小、轮灌组内配水时间差最小为优化目标的配水模型，采用天牛群优化算法进行求解，并与粒子群算法求解结果进行对比分析。天牛群优化算法求解得到的轮灌组更具有实用性，配水时间由15.0 d缩短为8.7 d，缩短了42.00%；总渗漏损失量由11.06×10⁵ m³减少至6.10×10⁵ m³，减少了44.85%。天牛群优化算法比粒子群优化算法更具有显著的优势，能更好地满足灌区的配水需求。

为解决传统方法预测水利工程维修养护定额标准中的材料单价时，对市场价格动态波动捕捉不足的问题，提出基于贝叶斯优化的长短期记忆网络-随机森林（LSTM-RF）混合预测模型，通过整合时间序列分析与多因素非线性关系处理能力，显著提升了预测精度。该模型通过输入地区GDP、建筑行业总产值、居民消费价格指数、环境空气质量综合指标等11个影响因素时间序列数据，基于32个单位共2 560个样本数据进行训练与验证，实现了未来20期的砂浆单价的准确预测，进而为定额中砂浆定价提供科学依据。结果表明，基于贝叶斯优化的LSTM-RF混合预测模型能够显著提升材料单价确定的科学性、合理性和可靠性。