水资源短缺是制约黄河流域可持续发展的核心问题。为给黄河流域水资源安全战略制定提供参考，系统分析了黄河流域水资源的基本特征、开发利用与管理状况，并对未来供需态势进行了预测。结果表明：1）黄河流域水资源本底条件较差，主要表现为总量严重短缺、时空分布不均、年际年内变化剧烈、连续枯水时段长，且天然径流量显著衰减；2）随着水资源管理制度的持续完善，1989—2023年黄河供水区用水总量基本稳定，但用水结构性变化显著，农业用水量占比大幅度降低；3）黄河流域用水受限于资源条件与管理政策，用水效率虽然已处于国内较先进水平，但是仍存在较大供需缺口，导致干支流生态水量不足、河道淤积萎缩、地下水超采问题突出；4）面向黄河流域生态保护与高质量发展、长治久安、粮食安全与能源安全等国家战略目标要求，未来流域需水仍将增长，亟须加快建设跨流域调水工程，通过外部水源保障黄河流域水资源安全。

为推动黄河流域绿色金融与低碳经济协同发展，促进黄河流域生态文明建设，基于2013—2022年黄河流域35个城市的面板数据，运用耦合协调度模型测度其耦合协调水平，并结合空间自相关模型与空间杜宾模型探究其空间集聚特征及影响因素。结果表明：1）黄河流域绿色金融与低碳经济的耦合协调度呈上升趋势，中下游地区明显高于上游地区。2）二者耦合协调度全局莫兰指数在研究期内显著为正，整体呈波动下降趋势；局部空间集聚类型主要为H-H和L-L，其中H-H聚集主要分布于中下游地区，L-L聚集主要分布于上游地区。3）政府支持程度、绿色技术创新、经济发展水平及对外开放程度对二者耦合协调发展具有显著的正向直接作用。据此建议黄河流域应促进区域均衡发展、加强对上游地区的支持力度，优化产业结构、减少对高污染产业的依赖，强化政府支持、驱动技术创新，从而实现生态效益与经济增长协同发展。

县域作为我国经济发展的重要区域单元，碳排放量较大。为探索黄河流域县域新质生产力驱动碳减排的路径并为相关研究提供参考，基于2014—2023年黄河流域九省（区）904个县域的面板数据，采用时空极差熵权法测度县域新质生产力水平，借助Kernel核密度估计、Dagum基尼系数、空间Markov链等分析黄河流域县域新质生产力时空演变情况，进而以碳排放强度为被解释变量、以新质生产力水平为核心解释变量构建计量模型，通过实证分析考察县域新质生产力对碳减排的驱动效应。研究结果表明：1）黄河流域县域新质生产力水平在时间上呈波动上升趋势但研究期末整体水平仍然较低，在空间上大致呈东高西低的梯度格局；2）黄河流域县域新质生产力提升具有较强的路径依赖性，关键因素是科学技术革命性突破，跨级跃迁发展的难度较大；3）黄河流域县域新质生产力对碳减排具有持续稳定的驱动作用（但受行政区划间边界与壁垒等影响而具有负向空间溢出效应），其驱动路径包括科学技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业结构深度转型升级3条直接驱动路径和通过有效促进节能降耗、增汇固碳等间接驱动路径；4）黄河流域县域新质生产力对碳减排的驱动作用具有空间和产业部门等异质性。建议：优化科技创新机制，促进县域新质生产力水平稳步提升；靶向施策，缩小区域间新质生产力差距；进一步充分发挥新质生产力的碳减排作用，助力县域经济社会发展低碳转型。

为了给黄河流域绿色低碳发展、落实“双碳”行动提供决策依据和参考，采用超效率SBM模型测算2013—2021年黄河流域50个城市的碳排放效率，利用Malmquist指数模型对碳排放效率进行静态与动态综合评价，通过计算莫兰指数并点绘莫兰散点图分析城市碳排放效率空间自相关性，构建空间杜宾模型探讨了城市碳排放效率的影响因素。结果表明：1）黄河流域城市碳排放效率普遍较低，虽然在研究期整体呈上升态势，但是长期形成的依赖高碳能源的发展模式在短期内难以彻底改变，制约了碳排放效率的大幅度提升；2）黄河流域城市之间碳排放效率差异较大，约四分之一的城市处于碳排放有效状态，大部分城市处于碳排放无效状态，在空间上呈高-高集聚和低-低集聚特征；3）经济发展、科技创新对黄河流域城市碳排放效率提升具有显著促进和驱动作用，对外贸易、政府干预对提升城市碳排放效率有一定促进作用，城镇化、产业结构对城市碳排放效率提升有一定负面影响。建议：开发利用新能源、优化产业结构，加强科技创新及其成果转化应用，因地制宜、精准施策，建设绿色低碳新型城市。

为从农业视角给黄河流域生态保护和高质量发展提供决策参考，基于作物种植和畜牧养殖碳源，构建黄河流域河南段农业碳排放核算清单，测算2012—2021年农业碳排放量，利用统计综合分析法和自然断点法分析农业碳排放时空演变特征。结果表明：1）2012—2021年，黄河流域河南段农业碳排放总量整体呈下降趋势，2012—2015年为“少量波动、相对平稳”阶段，2016—2021年为“变化明显、波动下降”阶段。2）黄河流域河南段农业碳排放中，农用物资碳排放占比较大，年均占比54.15%，其中化肥是农用物资中碳排放的主要来源，年均占比50.17%。在空间维度上，济源、鹤壁、焦作、三门峡因耕地面积较小而农业碳排放量较小，郑州、洛阳、濮阳农业碳减排成效明显，开封、新乡、安阳农业碳排放量依然较大。在此基础上，提出了黄河流域河南段制定碳源清单、建立统一标准、开展调查监测、强化面源治理、创新循环利用、实施统一管理的农业碳减排路径。

碳补偿是维护生态环境稳定、推动区域公平协调发展与促进碳减排目标实现的有效途径。以黄河流域九省区为研究区域，将减排目标约束下的碳配额分配与碳补偿相结合，基于碳配额量、碳吸收量和实际碳排放量识别碳补偿主客体，估算2021—2030年黄河流域碳补偿金额。结果表明：黄河流域碳配额分配方案满意度在94%以上，易于让各省区接受；各省区碳补偿异质性较大，总体呈“中下游补偿上游”的空间格局；2021—2030年黄河流域总体的碳补偿金额逐年减少，需要中央政府补贴的资金呈减少趋势。基于此，提出完善黄河流域各省区碳补偿实施的配套体系、建立“纵向+横向”的黄河流域各省区碳补偿联动机制、探索黄河流域各省区差异化低碳发展模式等建议。

黄河上游为全流域贡献了58%的水量、12%的泥沙，受气候变化和人类活动影响，上游水沙量发生显著变化。基于水文、气象等观测数据，采用水文统计、双累积曲线、坎德尔秩次相关等方法，分析了黄河上游水沙演变规律及其影响因素，结果表明：1956—2022年，受降水增加和气温升高冰雪融水补给增多影响，干流唐乃亥以上及湟水流域天然年径流量增加0.05亿～0.11亿m3/a，而干流兰州至头道拐区间的水文站及大夏河、洮河流域受降水减少和下垫面变化影响，天然年径流量减少0.03亿～0.47亿m3/a；干支流控制站年输沙量均呈减少趋势，干流唐乃亥以上减少2万t/a，兰州至头道拐区间的水文站减少158万～215万t/a，各支流减少5万～47万t/a；各河流径流和泥沙年内分配不均匀，5—10月径流量占全年的67.8%～81.4%，6—9月输沙量占全年的63.2%～91.4%。水库对水沙变化的影响十分显著，以龙羊峡、刘家峡水库为例，1986年后两库联合调度致使兰州站年径流量减少13.6%、年输沙量减少75.3%。

为了明晰人类活动对冶木河流域水文情势的影响效果，基于冶力关水文站1981—2020年的年径流量和日均流量数据，采用曼宁肯德尔-彭曼突变点检测（MannKendall-Pettitt，MK-P）、水文指标（Indicators of Hydrologic Alteration，IHA）和动态时间弯曲（Dynamic Time Warping，DTW）算法计算了基准期和黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略实施影响期的水文指标变化情况及两个时期的水文情势相似度。基于全球陆面数据同化系统（Global Land Data Assimilation System，GLDAS）提取冶木河陆地水储量，分析其与径流量的相关关系及变化时间点。研究结果表明：1）冶木河径流量平稳变化点和陆地水储量变化点均为2018年。2）战略实施影响期的径流量大于基准期，径流量平均增大29.79%。3）基准期和战略实施影响期5组水文情势指标的相似度分别为0.025、0.025、0.25、0.1、0，说明冶木河流量极值出现的次数增加，小流量持续情况有所好转。4）战略实施影响期实施的水源涵养措施袭夺了河川基流，减水效果较明显。5）陆地水储量与径流量相关关系较弱。

鄱阳湖入湖五河含沙量的长期变化深刻影响着水环境质量、湖泊生态系统稳定性以及下游水资源利用。采用长短期记忆（LSTM）模型，基于1966—2018年的含沙量数据，分析含沙量的演变特征及其驱动机制。模型的训练期和验证期拟合精度较高，纳什效率系数（NSE）分别为0.89~0.94和0.82~0.93，均方根误差（RMSE）在0.01~0.02 g/L之间，显示出较好的稳健性和适用性。情景分析表明，1990年后五河含沙量显著下降，人类活动的影响超过气候变化。赣江和信江的含沙量削减主要由人类活动驱动，贡献率超过80%；饶河（由昌江和乐安河代表）的含沙量变化以气候变化驱动为主，贡献率约为40%。季节性分析显示，汛期含沙量变化主要由人类活动控制，枯水期则受气候变化影响显著。

为研究黄河下游济滨跨河桥梁对堤防工程的影响，利用1∶150正态模型水槽针对不同来流量及不同桥墩布置对堤防工程的影响进行了系列试验。试验结果表明：近堤桥墩布置会对堤防工程安全产生一定的影响，主要表现在堤脚流速增大、冲刷深度增大等方面，其影响程度随桥墩距堤脚距离减小而增大，随流量的增大而增大，其影响范围为桥位上游315 m至桥下游360 m。设计方案条件下，堤脚流速升幅最大为3.01 m/s，堤脚处冲深增幅最大为0.85 m，桥墩处冲深12.7 m。桥墩后方存在低速区，流速降低值为0.5~1.8 m/s，影响距离为900~1 500 m。

流域水资源、水环境、水生态、水灾害四水系统之间存在诸多复杂关系，分析四水系统协同演化水平可为水资源优化配置、水生态环境保护、水灾害防御等提供理论依据。以2013—2022年黄河流域陕西段8个地级市为研究对象，利用频度统计法、专家咨询法、主成分分析法等优选四水系统指标，并构建相应的指标体系，运用熵权法计算得到四水系统各指标权重，建立哈肯模型分析协同系统的序参量和协同水平。结果表明：1）水环境子系统综合值总体大于其他3个子系统，并呈较快的上升趋势，水环境子系统的发展优于其他3个子系统；2）水环境子系统为四水系统的序参量，所有地级市协同得分均呈上升趋势，其中榆林市、渭南市、咸阳市、西安市比其他4个地级市增长更快，但在2022年远低于其他4个地级市（渭南市例外，2022年协同得分增长至0.95）；3）在关中和陕北地区，应分别优化产业布局和引领能源革命来提升黄河流域陕西段四水系统协同演化水平。

水资源脆弱性是衡量环境、社会和治理（ESG理念）影响下区域水资源承载能力的重要标准。在ESG理念下开展水资源脆弱性评价，可以更全面地识别和应对水资源系统中的风险和挑战，促进水资源的可持续利用。基于此，建立了ESG理念下的水资源脆弱性评价指标体系，提出了基于ESG理念的水资源脆弱性等级划分标准。为了更好地刻画ESG理念下水资源脆弱性评价中存在的不确定性，构建了基于IFS-TOPSIS耦合法的水资源脆弱性评价方法，并应用于河北省水资源脆弱性评价中。结果表明：河北省北部各市水资源脆弱性等级整体低于南部的；在环境维度，张家口和邯郸表现较好；在社会维度，各地级市差别不明显；在治理维度，大部分地级市表现较好。IFS-TOPSIS耦合法与其他评价方法对比结果表明，该方法更适用于ESG理念下的河北省水资源脆弱性评价。

为探究数字经济发展与农业用水效率之间的关系，基于2011—2023年我国31个省（区、市）的面板数据，运用超效率SBM模型和Malmquist指数法，测算农业用水效率和数字经济发展水平，并通过系统GMM模型实证分析数字经济发展对农业用水效率的影响，检验水权改革的协同效应。结果表明：1）数字经济发展对农业用水效率具有显著的促进作用；2）数字经济发展通过推动农业技术进步和农业结构优化调整提升农业用水效率，并与水权改革形成显著的正向协同效应；3）数字经济发展与水权改革的协同效应存在显著的区位异质性和资源禀赋异质性，在胡焕庸线东南侧、高农民收入群体以及低水资源禀赋区域，其协同增效幅度尤为突出。根据实证分析结果，有针对性地提出了统筹推进技术赋能、机制创新与分区施策等推进数字经济发展和农业节水增效的建议。

为科学识别农业水资源利用效率在不同地区之间的传导关系，探寻其空间关联网络的成因，破解区域用水效率协同提升路径的痛点、堵点，采用随机前沿生产函数测度2000—2021年黄河流域79个地级市的农业用水效率，并运用社会网络分析法揭示其空间关联网络结构特征，借助二次指派程序法（QAP）识别空间关联网络的影响因素。结果表明：1）黄河流域农业用水效率整体水平较低但呈稳步上升态势，总体呈下游＞中游＞上游的空间分异现象；2）研究期内黄河流域农业水资源利用效率空间关联强度逐渐增大，但网络密度较低、网络结构较为松散；3）地理邻近性、经济发展水平、水资源丰裕程度差异促进了农业用水效率空间网络结构的形成，农田水利设施水平、种植结构、产业结构差异起到反向作用。

在缺水地区，实施区域再生水循环利用可以实现水资源、水环境和水生态“三水共治”。通过对两批共38个再生水循环利用试点城市地理位置分布、水资源现状及再生水利用现状分析，结合对部分城市的调研，分析总结了目前区域再生水循环利用存在的问题及困难，并有针对性地提出了相应对策建议。结果表明：试点城市以北方黄河流域缺水城市为主，反映了这些区域对再生水利用需求的迫切性；中重度及极重度缺水城市共31个，水资源短缺严重制约了城市发展；大部分城市的再生水利用率在25%以下，有的甚至不足10%，且目前再生水利用以景观环境用水为主，再生水利用区域发展不均衡。通过总结目前区域再生水循环利用存在的问题，提出以下对策建议：完善再生水利用政策法规、标准体系；明确水权归属，制定合理的定价机制，健全长效运营机制；明确再生水在水资源配置中的地位，加强区域统筹协调管理；完善再生水利用考核机制和激励政策；健全再生水利用监管体系和安全保障措施；加强再生水利用设施建设，提高再生水利用水平。

土地利用变化导致陆地生态系统碳储量发生变化，模拟黄河流域（河南段）不同情景土地利用及碳储量，有助于推动黄河流域高质量发展以及双碳目标的实现。基于FLUS模型和InVEST模型模拟自然发展情景、高质量发展情景下2030年黄河流域（河南段）土地利用和碳储量变化，并基于标准差椭圆探明碳储量时空变化以及碳储量重心迁移轨迹，结果表明：黄河流域（河南段）主要土地利用类型为耕地、林地，1980年、1990年、2000年、2010年、2020年碳储量分别为12.55亿、12.54亿、12.53亿、12.14亿、11.93亿t，2030年自然演变情景、高质量发展情景碳储量分别为11.80亿、11.84亿t，近40 a以及2030年自然演变情景以及高质量发展情景碳储量重心整体由东北向西南方向迁移，且重心始终位于洛阳境内。

水土资源是社会经济发展的基础，经济发展又对水土资源综合利用和优化调控起制约作用。以黄河流域河南段为研究对象，构建经济-水-土系统耦合协调性评价指标体系，运用耦合协调模型与标准差椭圆方法，分析了2000—2020年系统耦合协调时空演变特征,结果表明：研究区经济-水-土耦合协调度持续增大，至2020年，除济源外各地级市均达到濒临失调及以上等级；地级市间耦合协调等级差距不断增大，2020年洛阳、郑州分别达到中级协调与初级协调，显著高于其他地级市；系统内部二元耦合协调结构发生变化，2000年水-土系统耦合协调度最大，到2020年则转为经济-水系统，反映了经济发展与水资源利用之间良性互动趋于增强；耦合协调度的标准差椭圆长轴减小、短轴增大，说明研究区东西边缘地级市对区域耦合协调度的影响减小，而南北部地级市的影响增强。

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术作为一种经济、环保且持久的防风治沙方法受到广泛关注，为了给MICP技术用于沙漠化防治提供新的技术支撑，设计PVC板和挡板两种固化方法、引入脲酶菌及1.5 mol/L 和 2.0 mol/L两种浓度的胶结液来制备微生物固化沙障，通过对比分析不同方法固化沙障的干密度和碳酸钙含量来探究最优固化方式。结果表明：1）采用MICP技术固化风沙土，能够在风沙土颗粒间生成大量碳酸钙结晶，使得沙粒胶结在一起，进而完成微生物固化沙障的制备。2）挡板固化法制备的固化沙障在深度为0 ~ 10 cm浅层表现出良好的固化效果，但对深度大于10 cm的深层固化效果及其均匀性则相对较差；PVC 板固化法制备的固化沙障在不同深度均保持较好的固化效果，且固化均匀性较好。3）随着胶结液浓度的提高，干密度和碳酸钙含量均有所提升，但胶结液浓度为1.5 mol/L和2.0 mol/L的固化效果无明显差异，即胶结液浓度对固化效果的影响不显著。

为解决粮食主产区水-能源-粮食资源供需失衡问题，以河南省为例，采用系统动力学方法构建水-能源-粮食-社会-经济-环境模型，分析2012—2030年河南省在不同政策情景下的资源系统动态响应，设计灌溉效率提升、作物结构调整、能源供应优化和人口政策等多种单一政策和政策组合。结果表明：提高灌溉效率可减少用水需求，水安全指数从1.046升至1.109；优化作物结构如将玉米种植面积占比提高至50%，能使粮食产量占全国比重从10.38%提升至10.45%；扩大种植面积可提高粮食安全指数但增加能源消耗；可再生能源政策长期改善能源安全但短期增加CO2排放量；人口政策缓解劳动力老龄化却加剧资源压力。政策组合分析显示，综合型措施能显著增大水-能源-粮食综合安全指数。

倒虹吸工程是调水工程中的关键节点，为确保其安全运行，从自然、工程、人为和管理4个方面进行风险因子识别，建立倒虹吸风险评价指标体系；考虑风险因子差异性，将风险因子分为动态和静态两类，动态风险指标作为随机变量出现，概率服从正态分布，根据实测数据进行风险值的标准量化，计算风险量值。结果表明：基于静-动态风险因子的风险评估结果能够反映倒虹吸工程中风险因子的重要程度，从风险评估结果得出自然和工程类型风险对倒虹吸工程的影响程度较高，动态风险因子中暴雨洪水风险量值较大，静态风险因子中地质问题对倒虹吸工程影响较大，不良地质和填筑质量的风险量值较大，后续可针对静态因子处置、动态因子防控提出针对性的风险管控措施。

采用知识图谱分析识别了2 203篇相关文献的研究热点分布和演进脉络特征，结果表明，当前水电工程气候变化适应性评价研究聚焦于气候变化对水电产能影响、水电工程的气候风险暴露、适应性措施的预期成效及变化产能的社会经济影响，在气候-生态-能源要素统筹、适应性测度技术方法、适应性管理策略方面的研究相对较少。结合趋势与要点分析结论，建立了水电工程气候变化适应性评价技术模式，形成了“基线校核-风险识别-能力评估-措施管理”的方法框架。基于典型案例明确了评价重点与技术路线，回溯60年气候变化周期确定了案例工程气候风险致险因子和承险体，识别了胁迫响应链及其风险后果，并针对性提出了适应性管理对策。

为了探究不同需水流量下变速调节与阀门调节对泵站能耗的影响，以晋中市榆次区什贴灌区一级泵站为例，引入变速比和管路水头损失系数，构建以泵站年弃水量最小与功率最小为目标的泵站节能运行两阶段优化数学模型。对不同运行模式下泵站年弃水量、泵站功率、水泵扬程和泵站效率等水力参数进行数值模拟。结果表明：不同需水流量下，泵站运行模式优化后平均年弃水量减少4 267 872 m³，泵站平均功率降低24.1%。在最优运行模式下，泵站效率随需水流量的增大整体呈先上升、后下降、再上升的变化趋势，水泵扬程随需水流量增大而上升。在多台水泵并联运行中采用相同变速比的变速调节运行方式并非最优，需要确定不同水泵的变速比以避免泵站功率上升。

针对传统水质参数预测方法在处理复杂非线性水质参数变化时精度不足的问题，基于水质参数变化的周期性和非线性特征，提出一种基于CNN-Transformer的黄河水质参数并行预测模型，对2020—2025年黄河流域七里铺监测断面的溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷进行预测。模型将监测数据并行输入CNN（卷积神经网络）模块和Transformer模块，分别提取局部细节特征和全局动态特征，利用全连接层将融合特征映射至预测结果。对比CNN-Transformer模型与RNN（循环神经网络）、CNN、LSTM（长短期记忆网络）、Transformer模型的预测性能，结果表明，与其他4种模型相比，CNN-Transformer模型的MSE减小了3.93%~10.96%，RMSE减小了5.82%~9.33%，MAE减小了12.44%~14.48%，R²增大了6.56%~26.65%，其表现出优异的性能。

轴流泵流场信息是其运行稳定性分析和结构优化设计的依据，受测量技术限制在运行过程中难以获取完整流场信息。为此，提出一种改进物理信息神经网络（PINN）模型，用于稀疏数据情况下重构流场。首先通过分析流场物理约束、边界约束及流场约束，描述流场问题；然后引入三维卷积神经网络（3D CNN）求解流场问题；最后采用有限体积法（FVM）进行数值模拟，获取稳态速度和压力分布信息，基于网格化预处理后采样1%的流场数据进行模型训练。以某简化轴流泵管道作为测试对象，验证所提出方法。结果表明：改进PINN模型重构流场与FVM数值模拟流场对比，压力基本吻合，流速变化趋势基本相同，仅在叶轮及导叶流场区域存在细微偏差，说明所提出的方法能够在稀缺数据和复杂边界条件下准确预测三维流场。