《Frontiers in Environmental Science》：Geospatial evaluation of river basin small hydropower potential using AHP
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本研究创新性地融合地理信息系统（GIS）与层次分析法（AHP），结合半自动窄谷识别技术，构建了小水电选址多标准决策框架。通过整合水文、地形、地质等9项指标，生成五级适宜性图谱，显著提升山区流域小水电（SHP）选址的空间精度与工程可行性，为可持续水-能源系统规划提供可迁移的低成本决策工具。
引言
全球能源需求增长加速了可再生能源转型，小水电（SHP）因低环境足迹和山区适用性备受关注。传统大型水电站面临选址稀缺与生态干扰问题，而引水式小水电系统通过最小化蓄水扰动实现低碳发电。然而，复杂地形区选址依赖耗时费力的实地勘察，亟需结合遥感与空间分析技术优化流程。现有GIS-AHP研究多基于坡度、高程等粗略指标，缺乏对河谷形态的显式分析，而河谷结构是径流式小水电技术可行性的关键制约因素。
材料与方法
研究区土耳其东部的佩里河流域面积5,760 km2，海拔819–3,269 m，年均降水824 mm，具备陡峭地形与密集河网的优势条件。采用ArcGIS 10.5平台整合30 m数字高程模型（DEM）、地质、土地利用等多元数据，通过水文工具箱提取流向、汇流累积量、河网等级（Strahler法），并计算地形湿度指数（TWI）与径流功率指数（SPI）。核心创新点在于引入半自动窄谷探测技术，以400 m谷宽为阈值筛选适宜重力坝建设的河段。
层次分析法框架
基于文献综述确立9项权重指标：河网等级（最高权重0.21）、降雨量（0.18）、地质条件（0.15）、坡度（0.12）、径流功率指数（0.09）、地形湿度指数（0.08）、高程（0.07）、土地利用（0.06）及排水密度（0.04）。通过一致性检验（CR=9.52%<10%）验证判断矩阵可靠性。加权叠加生成五级适宜性图谱，并建立300 m河岸缓冲区排除生态敏感区。
地形与水文特征
流域坡度范围0°–68.5°，陡坡区促进地表径流汇聚，中高海拔区（>1,500 m）提供显著水头优势。北向与东向坡面因日照较少保持较高土壤湿度，有利于稳定径流。采用300,000个像元（≈76.6 km2）的汇流阈值提取河网，与1:25,000地形图吻合度达92%。SPI与TWI分别表征径流侵蚀能力与汇水趋势，硬质岩层（如安山岩、花岗闪长岩）被划分为高适宜性地基。
物理驱动适宜性指数（PHySIS）
基于白金汉π定理构建无量纲适宜性指数，整合水头（H）、流量（Q）、谷地收缩度（Cv*）、地形指数等参数，公式为：
PHySIS = (Q*H*)α1·(Ω*)α2·(Cv*)α3·(Rm*)α4·(S*)α5·(SPI*)α6·(TWI*)α7·(GEO*)α8·(LULC*)α9
通过现有水电站位置校准指数权重，使模型对13个验证站点的识别准确率提升至85%，较传统AHP方法空间精度提高14%。
结果与验证
适宜性图谱显示流域内3%区域属极高适宜性，46%为中等适宜性，主要分布于主河道窄谷段。通过叠加现有水电站位置（如Demirk?y、Kalecik等），发现全部设施均落于高适宜性区间，验证模型可靠性。结合河网等级>3、适宜性指数≥7及谷宽<400 m的筛选条件，从76,600个候选点中识别13处新建坝址（P1–P13），其中P1、P2、P8等点位具备显著谷窄坡陡特征，适合重力坝建设。P3因邻近现有水库被排除。河谷剖面显示候选点高差显著，如P10断面谷底宽度<200 m，两侧高差超300 m。
讨论与展望
本研究通过地形代理变量（如SPI、TWI）弥补了流量数据缺失的局限，但未涉及具体发电量估算或生态流量（e-flow）评估。窄谷探测与PHySIS指数的结合提升了选址的物理合理性，然而未来需集成鱼类迁徙路径、栖息地敏感性等生态图层以完善评估体系。该方法可推广至土耳其其他山区流域，尤其适用于数据稀缺区域的初步选址，为可持续水-能源关联管理提供科学支撑。
结论
GIS-AHP框架与河谷形态分析的结合，为佩里河流域小水电开发提供了高精度选址工具。模型验证表明现有水电站均位于高适宜性区，新识别的13处候选点位具备技术可行性。研究强调将地形约束与生态规避纳入选址标准的重要性，为山区可再生能源规划与流域综合管理提供了可迁移的决策范式。
