黄河源区是黄河流域重要产水区和水源涵养区，提升黄河源区生态保护和水源涵养能力是黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略中的重要任务之一，也是黄河科研的重要使命。近10年来，黄河水利科学研究院水生态环境研究团队持续开展黄河源区科学考察，围绕黄河源区气象水文过程及模型构建、生态环境格局与服务功能演变、河流—湿地系统演变及生态响应、河湖健康评估及典型物种保护等领域，致力于黄河源区关键科学问题研究，初步构建源区数据可视化平台，为黄河源区生态保护和水源涵养功能提升提供了有效科技支撑。

一、持续开展黄河源区科学考察与基础数据监测

自2015年以来，研究团队持续10年组织开展黄河源区科学考察和现场监测工作，获取了黄河源区气候、降水、土地利用、人类活动、径流、泥沙、水环境（常规指标及新污染物）、水生态（浮游植物、浮游动物、鱼类、大型底栖无脊椎动物）等大量基础数据，构建了黄河源区生态环境数据库，进一步完善了黄河流域生态环境数据平台，为黄河源区生态环境保护研究提供了重要基础支撑。

黄河源区科学考察路线及采样点位置

二、解析源区气象水文过程并构建径流预报模型

黄河源区气象水文过程。基于黄河源区长系列水文气象数据，对黄河源区水文气象过程进行了研究。结果表明，黄河源区径流整体上呈现不显著增加趋势，输沙量呈现不显著减少趋势。自1956年以来，黄河源区径流量和输沙量经历了“递增—递减—递增”三个阶段，现阶段源区径流量均已恢复至20世纪80年代水平。同时，随着时间变化，黄河源区径流量和输沙量年内分布频率同步性在持续升高。从空间上来看，吉迈—玛曲区间是主要产流区，玛曲—唐乃亥区间为主要产沙区。降水量是影响黄河源区径流变化的主要因素，降水量与径流量变化显著相关，变化趋势高度一致，也呈“递增—递减—递增”的变化过程。黄河源区气温普遍呈升高趋势，升温现象在空间上表现为从西部向东部、从中部向北部迁移的趋势，温度变化对径流的影响并不显著。

黄河源区径流量和输沙量变化趋势

黄河源区径流预报模型。基于黄河源区11个水文断面逐月径流数据，在综合考虑冻土、湿地产汇流特性基础上对概念性水文模型、物理性水文模型和机器学习模型进行多模型预测对比研究分析，筛选具有较高模拟精度的源区径流预报模型。同时结合大尺度历史观测气象数据和第六次国际耦合模式比较计划对降水、气温等未来气象要素进行预测，实现了对黄河源区未来径流的预测。

黄河源区干流（黄河沿（a）、唐乃亥（f））水文站径流率定与验证结果

黄河源区水源涵养模型。提出了水源涵养能力定量评估方法框架，融合了水文模型、校准和不确定性程序、水量平衡法和空间分析方法等模型和方法，识别了黄河源区水源涵养单元，分析了水源涵养量在不同时间尺度、空间尺度和生态系统尺度上的变化特征，解析了水源涵养变化影响因素，量化了水源涵养对径流影响程度，评估了未来不同情境下黄河源区水源涵养能力演化趋势。

定量评估方法框架

三、阐明了黄河源区生态环境格局及服务功能

基于高精度遥感数据，采用遥感影像、地面调查、地面监测和模型模拟相结合的方法，解译黄河源区生态系统构成、景观格局特征以及不同生态系统类型间转化特征等，识别了黄河源区近40年（1980—2020年）生态环境格局演变规律；构建了生态系统服务功能系统模型，系统评估黄河源区水源涵养、碳储量、水土保持和生物多样性等功能，识别了气候变化和人类活动对黄河源区生态环境和功能演变的影响，针对性地提出了黄河源区生态保护和高质量发展的建议和对策。

黄河源区生态格局演变与关键服务功能评估

四、揭示了源区河流—湿地系统演变及生态响应

以黄河源区自然演变河流为研究对象，采用宏基因组测序、16s/18s/ITS扩增子测序、功能预测和分析和遥感解译等相结合的方法，开展源区河流—湿地系统演变对水生态环境影响机制研究，阐述河流演变过程中滨河湿地（牛轭湖）的孕育及演变机制，辨识滨河湿地（牛轭湖）演变过程中水质、底泥等水生生境变化特征，以及浮游生物、底栖动物、底栖微生物等水生生物群落结构变化特征。建立了黄河源区河流—湿地系统生物多样性与水体环境参数之间的关系，揭示不同水生生物的环境喜好及对环境因子的响应，阐明了黄河源区河流—湿地演变过程中水生态响应机制，以及高寒地区河流—湿地生态系统演化与维持稳定的内在模式。

黄河源区河流—湿地系统演变对微生物组成和生态功能的影响

开展了黄河源区典型冷水鱼花斑裸鲤栖息生境演化研究。高寒地区的土著鱼具有生长速度慢、繁殖力低等特性，叠加人类活动与环境变迁等综合因素影响，种群的再生能力相对脆弱，种群数量易受到影响。通过识别黄河源区特有鱼类生态习性，构建“气候变化—水循环—水环境—水生态”耦合模拟模型，通过多情景分析揭示了气候变化下黄河源区特有鱼类产卵生境演化趋势，对于花斑裸鲤产卵期和育幼期，栖息地可利用总面积在气候变化情景下呈现增加趋势，气候变化引起黄河源区区间汇流流量增加和水温小幅上升短期内对典型冷水鱼类花斑裸鲤产卵期和育幼期是有利的，长期影响有待进一步研究。

气候变化情境下花斑裸鲤产卵期和育幼期栖息地加权可利用面积变化图

五、系统评估了黄河源区河湖生态系统健康状况

2015年以来，持续对黄河源区干支流及重点湖泊水生态环境进行监测，至2024年已完成10期水环境监测、6期水生态监测。结合水利部关于开展河湖健康评价工作要求，开展了黄河源区干流及鄂陵湖、扎陵湖河湖健康评价，系统评估了源区河湖健康状况。结果表明，黄河源区干支流水质持续维持在Ⅱ类水以上，源区底栖动物优势物种为代表清洁物种的钩虾属，浮游植物优势物种为硅藻门针杆藻属、小环藻属和舟形藻属，浮游动物优势物种为砂壳虫属，均为清洁或敏感物种，反映了黄河源区水生态环境状况保持良好状态。2023—2024年通过环境DNA技术对黄河干支流、扎陵湖和鄂陵湖鱼类进行监测，共监测到4目8科34种鱼类，其中包含土著鱼类13种。通过对黄河源区扎陵湖、鄂陵湖以及黄河干流健康评价结果来看，黄河源区河湖健康状况处于“非常健康”状态，综合评定为一类河湖。整体来看，黄河源区河湖健康状况处于优秀/良好的状态。

黄河源区干流段健康评价结果示意图

六、构建了源区生态水文模型数字化展示平台

在长期实地调研和深入分析基础上，综合运用了遥感、地理信息系统、大数据分析等先进技术完成初步搭建。通过实际观测数据验证，模型在径流预测方面表现出色，数字化展示平台实现了未来气候变化情景下黄河源区近期、中期和远期径流数据的预测预报以及气象、土壤、土地利用、水文等长系列数据库的科学管理和可视化展示，为黄河源区的水资源管理、生态保护等工作提供重要参考。

研究团队在黄河源区初步构建了集原型观测、室内实验、理论研究、模型研发、实践应用深度融合的科学研究体系，在部分领域取得了创新性和高质量科研成果。下一步，将继续围绕黄河源区生态环境保护关键科学问题持续开展研究，深入开展大模型和人工智能技术在黄河源区径流模拟预报和生态保护中的应用研究，以高质量成果推进黄河源区生态环境高水平保护。