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Acta Geographica Sinica >

2023 , Vol. 78 >Issue 7: 1666 - 1676

DOI: https://doi.org/10.11821/dlxb202307008

Hydrographic Research

Development of an eco-hydrological model for flood and drought risk assessment under a changing environment in the middle reaches of the Yellow River

  • TANG Qiuhong , 1, 6 ,
  • XU Ximeng 1 ,
  • HE Li 1 ,
  • PENG Shouzhang 2 ,
  • HU Yawei 3 ,
  • JIN Xiaohui 3 ,
  • FAN Yumiao 3 ,
  • GAFFNEY Paul Patrick Joseph 1 ,
  • ZHU Xinrong 4 ,
  • DENG Haoxin 1, 6 ,
  • YANG Lin 5 ,
  • WANG Zhihui 3
Expand
  • 1. Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 2. Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China
  • 3. Yellow River Institute of Hydraulic Research, Yellow River Conservancy Commission, Zhengzhou 450003, China
  • 4. College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
  • 5. Department of Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • 6. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received date: 2023-02-10

  Revised date: 2023-04-06

  Online published: 2023-08-01

Supported by

National Natural Science Foundation of China(U2243226)

Fold

Abstract

The middle reaches of Yellow River basin, with a fragile ecological environment, are vulnerable to serious flood and drought disasters. In recent years, the controls on soil and water loss in the middle reaches of the Yellow River have been steadily improving under the influence of human activities such as large-scale terrace construction and vegetation restoration projects. These soil and water conservation measures play an important role in flood control, drought relief and disaster reduction. However, at the same time, vegetation construction in the middle reaches of the Yellow River has led to the intensification of dry soil layers, a decrease in runoff and sediment yields, and an increased hydrological drought risk. Urban expansion has also led to drastic change in this disaster-prone environment, including an increased rainstorm and flood peaks in urbanized areas, and increased flood and drought risks. In the middle reaches of the Yellow River basin, the hydrology, sediment and vegetation evolution is highly inter-connected and co-developed. With disturbance from human activities, a new hydrology-sediment-vegetation balance will form. At present, however, the co-evolution processes and mechanisms of the hydrology-sediment-vegetation balance in the basin under a changing environment is not clearly understood. The impact of large-scale distributed human activities such as terrace construction, vegetation restoration projects and urban expansion, on flood and drought disaster risks needs to be scientifically assessed. An intelligent eco-hydrological model of the Yellow River middle reaches under a changing environment should be developed to predict the long-term subsequent impact of large-scale human activities on flood and drought disaster risks. These improvements can provide scientific and technological support for the coordinated development of ecological construction and water conservancy projects in the middle reaches of the Yellow River, serving the effective prevention and mitigation of flood and drought disaster risks.

Key words： human activities; climate change; eco-hydrological model; flood and drought

Cite this article

TANG Qiuhong , XU Ximeng , HE Li , PENG Shouzhang , HU Yawei , JIN Xiaohui , FAN Yumiao , GAFFNEY Paul Patrick Joseph , ZHU Xinrong , DENG Haoxin , YANG Lin , WANG Zhihui . Development of an eco-hydrological model for flood and drought risk assessment under a changing environment in the middle reaches of the Yellow River[J]. Acta Geographica Sinica, 2023 , 78(7) : 1666 -1676 . DOI: 10.11821/dlxb202307008

1 引言

黄河是中华民族的母亲河，黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略。2021年10月，中共中央、国务院印发《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》（下称《纲要》），《纲要》指出黄河流域最大的威胁是洪水，气候变化和极端天气引发超标准洪水的风险依然存在，要准确把握黄河流域气候变化演变趋势以及洪涝等灾害规律。2022年6月，生态环境部联合多部门印发《黄河流域生态环境保护规划》（下称《规划》），《规划》和《纲要》为当前和今后一段时期黄河流域生态环境保护工作提供了重要依据和行动指南，具有重大的理论意义和现实意义。
黄河中游是指河口到桃花峪之间的黄河流域。在气候变化和人类活动的共同影响下，黄河中游水循环和水文—泥沙—植被协同演变过程呈现出显著的时空变异特征和高度的不确定性，并且将会影响流域未来的可持续高质量发展[1]。黄河中游属于干旱半干旱气候，水循环过程对气候变化和人类活动的响应较为敏感[2]，黄河中游地区年平均气温在1951—2018年间上升了1.67 ℃，年降水量减少了31.6 mm[3]，再加上人类活动的影响，黄河干流各水文站年径流量和输沙量呈现显著的下降趋势[4]。特别是2000年以来，受到水保工程和植被恢复等人类活动的影响，黄河中游地区产流产沙模式发生改变，呈现出“水少沙少”的特点[4]。
黄河中游土地利用/覆盖变化显著地改变了流域水循环过程，加剧或减缓洪旱灾害[5-6]。具体表现为近年来，在大规模梯田建设和植被恢复工程等人类活动影响下，黄河中游水土流失治理水平稳步提高，发挥了消洪抗旱减灾的作用。但与此同时，黄河中游植被建设导致土壤干层加剧、产流产沙下降，增加了水文干旱风险，城市扩张也导致城市化地区暴雨洪峰增加、孕灾环境剧变，洪旱风险增加。目前的生态水文模型难以支撑变化环境下黄河中游地区洪旱灾害风险的预估，原因有二：① 在流域水循环系统中，径流泥沙过程与植被变化耦合关系密切，然而由于对黄河中游水循环和水文—泥沙—植被协同机理认识不清，目前数值模型对植被与侵蚀过程描述过于简单，无法模拟气候变化和大规模人类活动扰动下流域植被和微地形的动态变化[7]，需要发展考虑以上过程的分布式生态水文模型，提高洪旱灾害的模拟预测能力[8]。② 现有模型主要考虑集约式人类用水活动的影响，缺乏定量评估大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等分布式人类活动对洪旱灾害风险影响的能力。
因此，深入认识黄河中游水循环及水文—泥沙—植被的协同机理，充分考虑人类活动影响后流域水文—泥沙—植被重新建立新平衡的过程，科学评估梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等大规模人类活动对洪旱灾害风险的影响，发展变化环境下黄河中游智慧化生态水文模型，模拟生态建设等大规模人类活动的长期后继影响，是预估黄河中游未来洪旱灾害风险演变趋势的基础，可为统筹协调黄河中游生态建设与水利工程，有效防范化解洪旱灾害风险提供科学依据。

2 黄河中游水文—泥沙—植被的协同机理

水循环是联系陆地表层系统的关键纽带[9-10]。在流域水循环系统中，水文—泥沙—植被耦合关系密切，气候—水文—泥沙—植被变化具有高度的非线性特征[11]。黄河中游的黄土高原是黄河泥沙的源头区[12]，也是洪水径流的重要贡献区域。国家实施了大规模的梯田建设、植被恢复、淤地坝工程和水库工程，显著地改变了黄河中游极端降水的水沙响应过程，在防洪抗旱中发挥了重要作用。经过70多年的综合治理，黄河中游水土流失治理取得显著成效[13]，入黄沙量由16亿t/a减少至2000—2018年约2.5亿t/a，主要产沙区林草植被覆盖率从20世纪70年代的23%增加到目前的55%[14]。
大规模植被恢复改变了土地利用类型、地表反照率、植被冠层结构和地表覆盖度，进而改变植被蒸散、土壤剖面蓄水量、流域产水量，从而重塑区域水资源平衡关系。近期研究结果表明，黄河中游植被绿化后地表蒸散发量上升[15]，提高了大气对流层水汽含量，甚至可能导致区域降水量增加[16]。黄河中游植被绿化后植被耗水增加，土壤蓄水量和流域产水能力下降，导致河道径流下降。自1960年以来，黄土高原主要流域的径流量以0.9 mm/a的速率下降，迄今幅度达到60%左右[17]。植被恢复改变土壤水文性质，进而影响地表产流产沙模式[18]。黄土高原植被覆盖极大改善的同时，也导致了黄土高原土壤水分负平衡现象的频繁发生。土壤的干化和干土层的加厚，影响植被建设成效和生态稳定[19]。在陆地生态系统中，植被根区蓄水能力远高于冠层和枯落层，对流域降水再分配过程有重要影响[20]。特别是在黄河中游这种干旱半干旱地区，根区蓄水直接影响植被生长过程、流域蒸散发和产流过程等，对流域水文—泥沙—植被的协同过程具有重要作用。植被根区是陆地表层生态系统水分变化最活跃的圈层，直接影响土壤墒情情况和土壤干层的形成，根区蓄水能力越大，可供植被吸收利用的水量越多，应对干旱过程的能力越强[21]。
尽管已有研究深化了对黄河中游气候—水—生态—人类活动关联机制的认识[3,18]，但是大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动影响下黄河中游水文—泥沙—植被协同演变机理及其对洪旱灾害风险的影响仍有待深入研究。黄河中游地区植被对水蚀动力过程有显著的调控作用，改变流域下垫面的微地貌，而地貌利用坡度和重力作用调节物质运动，包括影响水分、营养物质和沉积物在景观中的流动，从而影响生态系统。黄河中游水文—泥沙—植被之间存在复杂的关联关系，有利于其特有生态系统的形成和平衡。变化环境下，气候变化和大规模人类活动扰动了黄河中游水文—泥沙—植被自然协同演化过程。
大规模梯田建设和植被恢复工程改变了流域下垫面的微地貌，使之更加有利于保持水土，在干旱时可以利用保持的水分维持植被生长，在暴雨时可以消减洪峰，减少入河泥沙量。然而，如果上述生态建设工程大规模扩张，则可能大量水分被植被消耗，土壤干层加剧，导致植被退化和洪旱风险增加。如果生态建设工程之后疏于维护，则自然营力发挥作用，水力侵蚀逐渐抹去人类对微地貌的改变，黄河中游水文—泥沙—植被被将重新建立新的平衡（图1），生态建设工程的“防洪抗旱”功效也随之变化。黄河中游水文—泥沙—植被的协同演变决定了极端洪旱条件下流域水沙响应过程，是预估黄河中游未来洪旱灾害风险演变趋势、科学规划生态建设工程的基础。然而，目前对变化环境下流域水文—泥沙—植被的协同演变机理认识还非常有限，亟待深入研究，揭示气候、水文、地貌、生态过程之间的相互作用机制，阐明水文地貌—生态系统对自然和人为变化的耦合响应。
图1 黄河中游大规模人类活动对水文—泥沙—植被协同演变的影响

Fig. 1 Impact of large-scale human activities on the hydrology-sediment-vegetation coevolution in the middle reaches of the Yellow River

3 大规模人类活动对产流产沙和土壤墒情的影响

1949年中华人民共和国成立后，国家在黄土高原实施了一系列的治理工程，尤其是退耕还林政策实施以来，黄土高原的水文情势、水资源格局、水文—生态之间的互馈关系发生了重大改变[22]。人类活动主要通过取用水的直接作用和改变下垫面的间接作用两个方面影响流域产流产沙情势[23]。就黄河中游而言，水土保持措施、建造水库、人工取调水等显著影响着流域的水沙过程。《黄河流域水土保持公报（2021年）》显示，黄河流域累计治理水土流失面积25.96万km2。其中，修建梯田624.14万hm2，营造水土保持林1297.18万hm2，种草237.66万hm2，封禁治理437.32万hm2。现有大型淤地坝6265座、中型淤地坝1.05万座、小型淤地坝4.02万座[24]。黄土高原植被覆盖度由1999年的31.6%大幅度提高到2017年的65%，这些植被恢复工程对径流量和输沙量带来十分显著的影响，导致黄河干流径流量和泥沙含量锐减。人类活动除了对产流产沙过程有明显影响外，对黄河中游土壤墒情也产生重要影响，植被过度恢复会导致土壤水分过度消耗，人工植被对土壤水分的长期消耗超出了降水的补给，土壤干层现象加剧。此外，近年来，黄河中游城市化进程加快，流域水资源开发利用率远超国际警戒线。随着城镇化进程加快，城市扩张带来的水资源供需矛盾将进一步影响流域水循环过程[25-26]。同时，城市扩张会增加流域不透水面面积，改变流域水文汇流路径，诱发黄河中游地区的洪水灾害[27]，严重危害人民群众的生命和财产安全。综上，近年来黄河中游的大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动已显著改变流域产流、产沙以及土壤墒情。
目前，相关研究主要集中在评估人类活动对黄河中游水循环相关过程的影响，如淤地坝建设对水文循环路径的改变[28-29]。而关于大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张对产流、产沙和土壤墒情的影响尚不清晰，亟需开展不同人类活动影响的定量评估研究。开展人类活动影响评估工作的关键是准确捕捉长时间序列高空间分辨率的土地覆盖变化、基于升尺度方法构建大规模人类活动影响产流产沙的模型以及明晰植被建设对土壤墒情的后继影响及其参数化表达。尽管当前可获取多个已发布的土地覆盖数据集[30]，但是由于土地利用分类类型和分辨率限制，已有数据集并不能准确捕捉黄河中游的梯田建设、典型植被功能类型以及详细的城市内部透水与不透水地表精细化分类，限制了其在生态水文模型中的应用。因此，亟需在高精度遥感监测数据和多种分类算法的基础上，建立黄河中游高时空分辨率的土地覆盖数据集。目前黄河中游已有造林种草对土壤墒情影响的监测研究，但多限于单点尺度[31-32]，尚需集成地面监测、遥感观测以及模型模拟手段，在流域尺度上量化大规模人类活动对土壤墒情的影响[19]。可见，现有研究在刻画大规模人类活动对流域产流产沙的影响方面仍存在不足，亟需考虑大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张对流域水沙过程多尺度影响的累积效应，阐明人类活动对流域产流、产沙和土壤墒情的影响。

4 考虑大规模人类活动影响的智慧化生态水文模型

生态水文模型耦合了植被生理过程与水文过程，可以定量描述植被与水文过程的相互作用[33]。常见的生态水文模型研究方法既包括简单的水量平衡法，又有诸如SWAP[34]、WAVES模型[35]、GWBM模型[36]的数值模拟方法。目前，已有许多生态水文模型应用于黄河中游区域，例如，莫兴国等[37]利用黄土高原无定河流域的水文气象资料及遥感信息，建立了基于土壤—植被—大气传输机理的分布式生态水文模型。但分布式模型将各种自然的物理过程逐一进行精细化考虑，模型参数多，模拟时段短，从而不可避免地带来模型的不确定性[38]。因此，也有研究通过系统论的思路来模拟生态水文过程，如基于Budyko水热平衡理论的弹性系数法等，且具有清晰的物理机制，可以解释陆地生态水文过程的变化[39]。
随着水文气象遥感和实测数据的获取能力不断提高，海量数据存储和处理成为可能，极大地促进了人们对大尺度生态水文过程变化的认识。当前，陆面水文模型已成为模拟区域水循环变化及洪旱等极端水文事件的重要工具，在全球和区域尺度上得到了广泛应用[40]。其中，分布式生物圈水文模型（Distributed Biosphere Hydrological Model, DBH）是以黄河流域为试点区域开发的新一代陆面生态水文模型[41]，该模型通过耦合生物圈模型SiB2（Simple Biosphere Model, Version 2），加入了对土壤—植被—大气系统物质和能量交换的最新认识，在卫星遥感和地理信息系统技术的支持下，能够考虑陆地水循环中植被生态过程对气候变化的响应和主要人类用水活动的影响[42-43]。此外，该模型的网格化结构使其具有在地球系统模式框架下开展与大气模式耦合模拟的潜力，已被成功应用于黄河断流诊断分析，区分气候变化和人类活动对黄河径流减少的相对贡献[44-45]，并在全球范围内得到推广和应用[46⇓-48]。近年来，该模型进一步发展耦合了水电站水库调度模块、作物需水模块和工程调水模块等，使得模型能够定量评估作物生长和大型水利工程的影响[49]，并在包括黄河在内的诸多流域开展了模型应用与不确定性评估研究[25,50 -51]。
尽管DBH等陆面生态水文模型被广泛用于评估气候变化和人类活动对流域径流和水资源的影响，但是现有陆面生态水文模型用于预估变化环境下黄河中游洪旱灾害风险仍有一些问题亟待解决：① 大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动对黄河中游极端水文事件有着显著影响，然而现有模型只考虑了灌溉和水库大坝等集约式人类用水活动的影响，对大规模、分布式、分散的土地管理方面人类活动影响考虑不足。 ② 现有的陆面生态水文模型中植被与侵蚀过程描述过于简单，无法反映气候变化和大规模人类活动扰动下流域植被和微地形的动态变化，难以定量估算大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动对产流产沙和土壤墒情的影响。此外，干旱半干旱区生态水文的自然过程非常复杂，产流产沙过程受到气候变化和下垫面等多因素的叠加影响[52]，增加分布式的人类活动影响后会给模型带来新的不确定性，需要针对研究区特点对模型适用性和不确定性进行评估和研究。因此，现有模型不适用于黄河中游极端水文事件的流域水沙响应模拟，给洪旱灾害风险预估带来不确定性。
为了科学评估变化环境下黄河中游洪旱灾害风险，亟需在深入认识流域水文—泥沙—植被的协同机理和大规模人类活动影响机制的基础上，发展考虑大规模人类活动影响和流域水文—泥沙—植被协同演变的新一代智慧化生态水文模型。新一代智慧化生态水文模型在陆面生态水文模型基础上，研发梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等模块（图2），评估各模块的不确定性，根据不确定性来源增加约束信息实现多模块自适应耦合。最终，在各类土地管理变化中，模拟气候变化和人类活动共同影响下水文—泥沙—植被协同演变及其水文效应，实现变化环境下极端水文过程的精细化模拟与预测。
图2 考虑大规模人类活动影响的智慧化生态水文模型示意图

Fig. 2 Schematic diagram of an intelligent ecological hydrological model considering the impact of large-scale human activities

5 变化环境下黄河中游洪旱灾害风险评估

全球变化背景下黄河中游洪旱灾害频发，黄河中游的洪旱灾害风险正面临着气候变化和人类活动（如植树造林、梯田、淤地坝、水库、城市化等）带来的双重挑战。在人类活动的影响下，近千年来的黄河洪水发生频率比过去12000年任何时期都要高[53]，特别是在公元10世纪以后，过度的森林砍伐超过了气候影响，成为导致前所未有的洪水泛滥时期的主要因素[54]。尽管在退耕还林政策实施后，植被恢复等人类活动主导了黄河径流和泥沙量空前减少，但植被覆盖率尚未恢复到森林砍伐前的水平，这表明黄河目前仍处于高洪水风险期[54]，大规模洪水事件的频率呈增加趋势[55]。有资料表明，2010年以来，黄土高原范围内引起关注的极端暴雨事件超过60次，受灾人口1832万人次以上，受损作物面积近60万hm2，直接经济损失超过620亿元。2017年7月26日，特大暴雨致使榆林市绥德与子洲县城淹没，致使46.58万人受灾，直接经济损失89亿元。同时，气温升高加剧了干旱过程，黄河中游干旱、极端干旱事件发生概率显著上升[56]，大规模人类活动使得黄河中游流域的干旱情势更为严峻[57]。此外，受异常大气和海洋环流、全球气候变化和人类活动的影响，旱涝突变事件的频率和强度显著增加[58]，与单一灾害相比，复合事件更有可能引发极端影响，加剧灾害损失[59-60]。
近年来，卫星遥感产品日益丰富，支撑了大范围高精度的洪旱灾害风险监测和评估。洪旱灾害风险监测和评估途径大体可概括为两类，一是直接利用遥感反演的降雨、蒸散发和土壤水等产品，构建极端水文事件评估指标，诊断识别洪旱灾害；二是借助水文和水动力学模型，将遥感反演的实时降雨、下垫面信息作为模型输入，模拟预测极端洪旱灾害风险。基于该思想的洪旱监测系统在全球不同地区和不同尺度上相继建立并投入运用，如基于卫星近实时降雨和改进的分布式降雨—径流模型构建的全球洪水预警系统和基于水文水动力学耦合模型的洪水淹没监测预报系统等[61-62]。而在黄河中游，大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动是分布式的，具有明显的时空变化特征。一般来说，梯田建设和植被恢复工程等措施有保持水土、消洪减灾的作用，而城市扩张引起的不透水地表增加和河道侵占也会改变孕灾环境和增加洪水灾害风险[27]，这些分布式、大范围、非同时发生的各种人类活动影响增加了变化环境下的黄河中游洪旱灾害风险评估难度。因此，为了综合评估变化环境下人类活动对黄河中游洪旱灾害风险的影响，依靠目前已有的生态水文过程观测信息无法实现大范围监测和评估，只有利用分布式生态水文模型，结合遥感观测等信息，将站点观测空间升尺度到整个区域，将有限时间的观测规律应用扩展到长时间段，才能评估大规模人类活动的综合影响。此外，在评估过程中还必须充分考虑各种人类活动影响后流域水文—泥沙—植被重新建立新平衡的过程，以及各类生态建设措施的防洪抗旱功能逐步衰退的影响，提出适用于变化环境下的黄河中游洪旱灾害风险评估方法，模拟生态建设等大规模人类活动对洪旱风险的长期后继影响，综合考虑洪旱灾害孕灾环境和承灾体脆弱性的变化，构建完善的洪旱灾害风险评估体系，加强流域水管理以提升应对洪旱灾害风险的能力和韧性[63]。

6 未来研究展望

综上所述，虽然有关变化环境下的黄河中游生态水文过程和洪旱灾害风险评估已有丰硕的研究成果，但尚存在诸多薄弱环节，具体表现在：① 黄河中游水文—泥沙—植被的协同机理尚不明确，目前研究主要关注水文、地貌或生态单方面因素的作用[3⇓⇓-6,12⇓ -14,16⇓ -18]，针对气候变化和人类活动影响下水文—泥沙—植被的协同演化机理研究相对薄弱；② 大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张对产流、产沙和土壤墒情的影响尚不清晰，目前相关研究主要集中在评估灌溉和水库等集约式人类用水活动对径流和水资源的影响[45,49]，较少对分布式土地管理方面的人类活动影响进行定量评估，尤其缺乏对极端水沙过程的影响评估；③ 适用于黄河中游的生态水文模型比较欠缺，目前生态水文模型对流域水文—泥沙—植被协同演变和大规模分布式人类活动影响的考虑还比较欠缺[40⇓-42]，需要基于陆面生态水文模型耦合黄河中游的关键生态水文过程，构建智慧化生态水文模型；④ 变化环境下黄河中游洪旱灾害风险亟需评估，目前研究主要集中在黄河中游洪涝和干旱灾害的时空变化特征[54-55]，气候变化和人类活动如何影响洪旱灾害风险研究还不够深入[56]，亟需构建适用于变化环境的洪旱灾害风险评估体系。因此，未来研究需要集中于以下方面：
（1）黄河中游水文—泥沙—植被的协同机理
依托黄河中游不同气候与植被带的关键生态水文过程观测站点数据，分析不同气候与植被带水循环过程演变机制，明确变化环境下的水文—泥沙—植被的协同关系；针对不同气候与植被带的典型特征，设计不同水文状况、泥沙格局和植被覆盖控制条件下的模拟对比试验，定量分离各要素对水文—泥沙—植被协同关系和演变过程的贡献；观测生态建设后水文—泥沙—植被再平衡过程及保土蓄水功效变化，阐明黄河中游水文—泥沙—植被的协同机理。
（2）大规模人类活动对产流产沙和土壤墒情的影响
基于卫星遥感技术、时间序列分析方法和人工智能技术，建立近年来黄河中游地区梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等大规模人类活动所引起的下垫面变化时间序列数据集；在揭示黄河中游水循环及水文—泥沙—植被的协同机理的基础上，研究梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等大规模人类活动对流域水沙过程的多尺度影响机制，基于升尺度方法构建大规模人类活动影响产流产沙的模型；结合遥感监测和地面监测结果，研究生态建设后植被和微地形变化对土壤墒情的后继影响及其参数化表达。
（3）考虑气候和人类活动影响的智慧化生态水文模型
在大尺度分布式生物圈水文模型的基础上耦合侵蚀产沙模型，综合考虑黄河中游水文—泥沙—植被的协同机理，实现生态水文和侵蚀产沙过程耦合模拟；完善黄河中游梯田建设、植被恢复工程和城市扩张过程等人类活动的参数化表达，发展大规模人类活动模块的参数区域化方案；综合考虑气候和人类活动影响，实现多模块自适应耦合，模拟黄河中游水文—泥沙—植被的协同演变。
（4）变化环境下黄河中游洪旱灾害风险评估
耦合智慧化生态水文模型和大尺度水动力学模型，构建变化环境下洪水风险评估技术体系，阐明气候变化和大规模人类活动对黄河中游洪水风险的影响；构建基于土壤墒情的变化环境下干旱灾害风险评估技术体系，研究气候变化和生态建设对干旱风险的影响；综合考虑洪旱灾害风险指标、孕灾环境和承灾体脆弱性，预估变化环境下未来洪旱灾害风险的演变趋势。

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