中国农业大学水院石羊河团队刘文丰教授课题组揭示京津冀地区地表水面积演变规律

近日，水利与土木工程学院石羊河团队刘文丰教授课题组在国际著名综合学术期刊《科学通报》（Science Bulletin） 上发表简讯论文Attribution of Surface Water Changes in Jing-Jin-Ji Region from Satellite Imagery。该研究基于长时序卫星遥感影像，系统揭示了过去三十余年京津冀地区永久性地表水面积的演变规律与驱动机制。

京津冀作为我国北方重要经济枢纽，长期面临水资源短缺严峻问题。地表水面积是反映区域生态完整性、评估可用水资源量的核心指标。针对这一关键问题，课题组基于34年连续卫星观测数据，系统解析了该区域永久性地表水的时空演变特征。研究证实，人为干预是驱动区域地表水恢复的关键因素，而这一恢复过程并非全域均衡推进，而是呈现出鲜明的结构性分化与高度的空间异质性。

过去34年，京津冀永久地表水面积整体呈不显著增长态势（5.00 ± 2.75 km² a^-1），区域内部却发生了显著的空间格局重构（图1）。2014年南水北调中线工程通水后，水库的水体面积大幅扩张，贡献了区域地表水净增量的160%——即水库扩张的增量不仅弥补了其他水体的萎缩损失，还带来了额外的净增长，成为支撑全域地表水恢复的核心载体（图2）。

图1 京津冀地区永久性地表水面积（PWA）时空动态

团队提出了“探测-归因”的复合分析框架，有效剥离了自然气候波动的干扰，还原了地表水恢复的真实逻辑：区域水体复苏并非对单一调水政策的简单响应，不同水域呈现出差异化的驱动特征。部分水体直接受益于跨流域水资源调配，部分水体依靠退耕还林等举措有效缓解了人为压力，部分湿地依托生态补水遏制了水面持续萎缩的态势。各类干预措施的共同作用，在不同程度上遏制或扭转了区域水体长期退化的局面。

图2 各类水体对区域永久性地表水面积（PWA）净增量的贡献

（a）南水北调中线通水前后多年平均水平对比 （b）2023年数值与2014年数值对比

京津冀高度人工化的水系格局，显著提升了区域水资源系统应对气候波动的韧性。研究对比1999年极端干旱年与2021年丰水年的水体响应特征发现，自然湿地系统对降水变率极为敏感，干旱条件下易出现大幅萎缩；而水库系统凭借人工调控优势，展现出强劲的缓冲能力。即便在极端干旱时段，部分受控水库仍可通过主动调度维持甚至扩大水域面积，有效平抑了自然水文波动带来的冲击，筑牢了区域水安全的人工屏障，也为生态系统稳定运行提供了可靠保障（图3）。

图3 1999年与2021年水体频率和面积变化

该研究系统揭示了人工干预下区域水系格局重塑的复杂性。研究强调，评估高度人工化流域的地表水恢复成效，必须充分考虑不同水体的演变与特定管理目标。相关结论为京津冀地区制定精细化、差异化的水资源调度、水生态保护与修复策略提供了坚实科学依据，也为我国北方缺水地区协同推进水安全保障与生态环境建设提供了重要参考。

本研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金及拼多多-中国农业大学科研基金等资助。中国农业大学水利与土木工程学院硕士研究生杨书秋和博士研究生刘百路为共同第一作者，水利与土木工程学院刘文丰教授为通讯作者。法国国家农业食品与环境研究院David Makowski教授，水利与土木工程学院刘浏教授，北京市水科学技术研究院黄俊雄教授级高工和水利部国际经济技术合作交流中心刘博高级工程师参与了该项工作。