黄河宁夏河段河道演变及其影响因素分析

通过对黄河宁夏河段下河沿、青铜峡和石嘴山三个水文站的水文泥沙资料的分析,初步揭示了水库修建及其运用方式对下游河道冲淤变化的影响。结合上述站点的河道大断面及加密断面的形态变化,得出黄河宁夏河段河道冲淤变化在银川平原的砂质辫状河段最剧烈,在青铜峡大坝下游不长的砂砾质辫状河段相对强烈,而在青铜峡大坝以上的卵石质辫状河段不明显。河相系数与水力半径的关系式表明:宁夏河段的河相系数主要取决于水力半径,而水力半径取决于断面平均流速,即黄河宁夏河段的河道演变取决于过水断面平均流速。

黄河宁蒙段河道输沙率研究

利用不同时期黄河宁蒙河段各水文站的日均流量和日均含沙量、月均流量和月均含沙量数据,研究了流量与输沙率之间的关系,以及输沙率与流量及上游来水含沙量之间的关系。针对宁蒙河段各水文站不同时期的输沙率公式,探讨了输沙率的影响因素及输沙率公式中系数与指数关系。结果表明:黄河宁蒙河段的河道输沙率主要受河道的水力几何形态、河道来水来沙条件影响;河道输沙率公式中系数的对数与指数呈反比关系(决定系数达到0.98),并且系数和指数的大小与河道冲淤密切相关。

宁夏平罗盐碱地排水渠道抗冲性野外水槽试验

采用水槽试验的方法来分析宁夏平罗西大滩地区分别以白僵土、沙土所铺设成的排水渠道的稳定性。结果表明,用白僵土铺成的渠道有很强的抗冲性,白僵土的侵蚀及渠道的冲淤变化,主要归因于反复对白僵土的浸润湿化与脱水干燥;沙土粘性小,抗冲性弱,用沙土铺成的渠道在水流作用下纵向横向变形都很大,随着试验的进行,沙土逐渐被河流冲刷带走,渠道中出露的白僵土颗粒能起到抗冲铺盖层的作用,阻止渠道进一步在纵向上的变形。对比西大滩常见的白僵土和沙土的抗冲性发现,用白僵土铺成的渠道稳定性好,如果能够很好的解决白僵土浸润湿化与脱水干燥问题,则以白僵土构建排水渠道将会维持其稳定性。

近期渭河下游河道冲淤演变研究

通过分析渭河下游三个水文站点2002-2009年河道横断面及悬移质中值粒径的变化,发现渭河下游河道近期出现新的变化特点,河道展宽,平滩流量下河道容积扩大,悬移质中值粒径减小,河道冲刷。从水沙变化、潼关高程和中值粒径变化分析了河道近期发生冲刷的原因。结果表明:2003年多次的漫滩洪水,高含沙洪水与低含沙洪水的共同作用及洪水期流量-含沙量特殊的组合特征,拓宽了河道的容积,大大提升了渭河下游河道的行洪能力;来沙系数变化是渭河下游近期河道冲刷的主要原因;悬移质中值粒径的减小以及潼关高程的稳定也对河道冲刷有所贡献。

黄河内蒙古头道拐断面形态变化及其对水沙的响应

根据黄河上游位于弯曲—顺直过渡段的头道拐断面的多年实测水文、泥沙数据和断面资料,分析了断面对上游一系列水利工程在时间尺度上的调整响应过程。结果发现,头道拐断面的形态变化强烈受到上游水库运行的影响,在一系列水库投入运行后,河床粗化现象一直持续到三湖河口断面以下。头道拐断面悬移质泥沙中值粒径在水库运行后表现为先增大,然后减小,最后再增大的三阶段性特征,并且自1986年龙羊峡与青铜峡、刘家峡等水库联合运用以后,该三阶段性特征的变化幅度明显较只有青铜峡、刘家峡水库单独运行时段(1969-1986年)小。另外,自1987年以来,头道拐断面河道的横向摆动速率大幅减小,断面形态及位置趋于稳定,有利于当地百姓正常的生活和生产。

利用DEM进行黄河中游河网提取及河网密度空间差异分析

在考虑土壤特性对降雨入渗及地面坡度对土壤侵蚀影响的基础上,利用SRTM的DEM数据和世界土壤数据库,提出基于入渗系数和坡度因子确定汇流面积阈值的方法,并利用所生成的河网计算黄河中游的河网密度,揭示黄河中游河网密度空间分布特征。

1960～1990年间渭河下游河段滩槽冲淤动态与机理研究

利用河道断面测量数据计算了1960～1990年渭河下游河槽和滩地冲淤量及其分布的时空变化，分析了变化发生的原因。结果表明：1960～1990年问共淤积泥沙8．88x10^8m^3且泥沙主要分布在渭淤11断面（WYll）以下河段。滩地淤积量是河槽的1．83倍，滩地冲淤过程以1968年和1982年为转折点分为3个阶段，依次经历了快速淤积、缓慢淤积和侵蚀3个过程。其中淤积以滩面垂向加积为主，侵蚀主要表现为河岸侵蚀后退或坍塌。河槽以1969年为转折点分为快速淤积和轻微淤积（冲刷淤积交替）两个阶段。年内滩地和河槽在汛期整体上淤积，非汛期滩地侵蚀（主要以河道侧向侵蚀形式），而河槽表现为微淤，滩地在汛期堆积和非汛期侵蚀的倾向较河槽明显。三门峡水库在蓄水拦沙（1960年9月-1962年3月）和滞洪排沙（1962年3月～1973年10月）阶段，泥沙淤积上延到渭淤17（WY17）和渭淤27断面（WY27）间河段；实行蓄清排浑（1973年11月～1990年）后溯源淤积大为减弱，淤积未再上延，河道冲淤趋向于平衡。潼关高程是影响河槽和滩地泥沙淤积和释放的主要原因之一。此外，滩地的冲淤量与当年汛期来沙量相关性最高，而河槽冲淤量与当年汛期径流量相关性最高。

黄河上游河道水力几何形态关系分析

根据黄河上游干流10个水文断面的多年实测资料,分析了黄河上游不同断面及不同河段的水面宽、水深、流速与流量之间的关系,并探讨了水力几何形态关系中各相关参数的沿程变化特征。结果表明:在整个上游河段,水面宽随流量的变化速率较小,其中上游上段的水力几何形态主要通过流量对水深和流速的共同影响来实现,上游下段则主要通过流量对流速的影响来实现;黄河上游水力几何形态关系与黄河下游及国内外其他河流相比,有相似也有差异,这与该河段的地貌及河道边界条件有关,也与人类活动的影响有关。

1954-1993年间窟野河径流量变化趋势及其影响因素分析

采用窟野河温家川站1954-1993年的水文资料和降水量资料,应用多种统计分析方法,系统分析了窟野河径流的年内分配及年际变化规律及其影响因素。研究表明:窟野河流域径流年内分配极不均匀,主要集中于7-9月。径流的年际变化剧烈,且呈减少趋势,1980年代以后基本处于枯水时段,与降水量的变化趋势基本一致。从多年平均值来看,温家川站1973-1979年平均年径流量较前期减少24.6%,20世纪80年代以来径流量锐减,年均径流量较1973年以前减少38.6%。在各项水土保持措施中,造林对径流量的影响最大。通过降水-径流双累积曲线的分析表明,径流变化趋势在1973年发生系统性向右偏转,说明径流量变化受降水量和人类活动共同影响。

黄河宁蒙段洪水过程变化特点

采用Pettitt法和里海哈林法(Lee-Heghinian)检验了流量年际变化中的突变现象,所得到的突变点将宁蒙河段年径流过程划分为三个阶段,即:1969年前;1969年-1986年;1986年以后。分析了三个阶段洪水过程的各自特点,结果显示:1969年前洪水峰型相对多尖瘦,常为多峰型;1969年-1986年洪水过程的特点和前一时期相比,洪水峰型变胖,多为单峰型。1986年以后主要为中小洪水,中小洪水矮胖,洪峰低,历时长。从气候变化、支流来水、灌溉引水、水利工程影响等四个方面分析了洪水变化的原因,发现人类活动(水库修建、灌溉引水)是造成宁蒙河段洪水年内、年际变化的主要原因。气候变化在一定程度上减少了宁蒙河段的来水量,支流对宁蒙河段水量变化影响微弱。

宁夏平罗盐碱地泥质和砂质排水渠道能耗率变化研究

灌溉排水渠道在开发农田水利工程方面扮演着重要的角色,在防御涝渍灾害和土壤盐碱化等方面起着积极的作用。根据宁夏平罗西大滩地区以白僵土、沙土所铺设成的排水渠道的能耗率特点,采用水槽试验的方法,来分析不同土质排水渠道的稳定性及其侵蚀特征。结果表明:在给定的条件下,泥质排水渠道能耗率大大小于沙质排水渠道,并且能够很快降低能耗率,以达到河道的平衡状态,在排水方面具有相对的高效性,同时泥质渠道比沙质渠道具有更高的稳定性。所以,在宁夏平罗地区盐碱地开发及治理中,宜采用泥质排水渠道。

无定河流域1956—2009年径流量变化及其影响因素

黄河是中国的第二大河,近几十年,黄河的径流量发生明显变化,分析径流量变化及驱动力,对流域治理及水资源的开发利用、解决水资源的供需矛盾,促进社会、经济、生态可持续发展等具有重要作用,因此分析径流量的变化趋势及驱动力已成为国内学术界的热点话题。无定河是黄河中游重要的一级支流,也是中游区水土保持措施实施最早的流域,因此以无定河流域为例分析黄河中游径流量的变化趋势及原因。论文首先分析白家川站1956—2009年径流量的变化趋势,并采用7种时间序列突变检验方法分析序列的突变点;其次,通过估算不同时期气候变化对径流量的影响,从而分析人类活动对径流量的影响。结果显示:1956—2009年无定河流域径流量显著减少,气候干旱化加剧;径流量时间序列突变发生在1971年和1997年,这与20世纪70年代大规模实施的水保措施及1997年以来的退耕还林等生态修复措施有关;70年代以来人类活动影响是径流量减少的主要原因。

黄河内蒙河段河床冲淤演变特征及原因

利用黄河内蒙段1962-2000年间4期大断面观测资料,计算了各期河床冲淤和河槽形态指标。发现从1962-2000年间前20年、中间9年及后9年,内蒙河段河槽500m2过水面积下河底高程发生了降低—升高—再升高的过程;河槽漫滩过水面积经历了升高—降低—再降低的过程,2000年只有1982年的大约一半;滩地经历了持续淤积过程,平均抬升0.25m;河槽宽深比值经历了变化不显著—增加—减小的过程。分析结果表明:气候变化、引水、水库拦沙和重点产沙支流来沙变化在河床冲淤和河床形态调整中作用较大;水库对径流的年内调节对1982年后河槽淤积贡献较大;来水来沙变化下河流多要素自动调整是造成河槽形态变化过程复杂的原因。

国内水文序列变异点分析方法及在各流域应用研究进展

变异点识别在区分气候变化和人类活动对水文过程的影响中具有十分重要的作用。近几十年来,国内水文序列变异点的研究逐渐发展,从最早的使用单一方法发展到由多种方法组成的水文序列变异点诊断系统和对部分方法的改进。同时,各种方法在中国各主要流域得到广泛应用,但是使用的方法不同,水文序列时间年限不同,得到的变异点的结果也不完全一致。本文将目前普遍采用的方法及在各流域的应用成果进行了系统总结,为今后水文序列变异点的方法改进及其在流域中的应用发展提供参考。

长江上游侵蚀产沙与社会经济因子的关系

近年来,随着一系列水利水保工程的建设和使用,长江上游地区人类活动改变泥沙过程的作用越发明显,有必要对其地位和作用进行宏观层面的分析。以四川省和重庆市为例,利用2007年和1989年县域截面数据研究了长江上游侵蚀产沙与社会经济因子的关系,结果表明:人口密度、耕地面积与侵蚀产沙具有显著的相关性,其中人口密度与侵蚀产沙的联系更为紧密,并且存在一个临界区间,当人口密度超过这个临界,侵蚀产沙随着人口密度与耕地面积的增加而减少;反之,则侵蚀产沙随着人口密度的增加而增加。这种临界现象实质上体现了地形、降水、土壤等自然环境对产沙的影响,也有部分人为作用。从时空变化来看,人口在不断的向产沙较少、自然条件良好的地区集中,从产沙较多、不适宜生产生活的地区迁离。自然因子对东部高人口密度地区产沙影响较小,对西部低人口密度地区的影响较大。总体上,自然因子对长江上游产沙格局的影响占主导。

黄河内蒙古段洪峰特征及水沙关系变化

本文通过黄河头道拐站1950-2009年水沙年系列进行突变点分析,识别出1969年、1986年、1996年3个突变点,将黄河内蒙古段水文过程划分为4个时期。在此基础上,利用内蒙古段6个水文站长系列日流量、日含沙量及泥沙组成数据,划分了各站的夏汛洪峰,并统计分析了分期洪峰的水沙分布特征和洪峰水沙关系,揭示出夏汛洪峰流量和输沙率逐渐减少的规律:1996-2006年与1954-1968年相比,夏汛洪峰水沙量占全年水沙的比例都减少了约一半,流量级频率与输沙率乘积的峰值对应的流量也降低了约一半。分析认为,黄河内蒙古段夏汛洪峰特征阶段性变化既有大型水库的影响,又有气候变化及人类活动的影响,而且后者的作用越来越大。分析发现,20世纪90年代以前,黄河上游水沙变化只是改变了内蒙古段来沙中粗颗粒泥沙的水沙关系,显示出大流量输送粗颗粒泥沙能力相对增强的趋向;进入内蒙段后,通过泥沙冲淤调整,分粒径组泥沙水沙关系变化比较复杂。近期在水沙条件巨大变化下,河流的输沙特性并没有发生根本变化,但是无论全沙还是分组沙,水沙关系曲线变陡,大流量输送泥沙能力相对增强。

黄河宁蒙河段悬沙冲淤量时空变化及其影响因素

通过对黄河宁蒙河段6个水文站1952～2003年间的实测悬移质泥沙资料,运用输沙平衡方法,对划分的5个时段和5个区段的悬沙冲淤量进行了计算分析,探讨宁蒙河段悬沙冲淤量的时空变化规律。黄河上游无大型水库的1952～1959年间和水库建成坝下河道充分调整后的1994～2003年间,宁蒙河段强烈淤积,年均悬沙淤积量分别为0.9588亿t/a和0.9503亿t/a;而期间的三个时段,年均悬沙分别为净侵蚀0.6127亿t/a、微淤0.0161亿t/a和较强淤积0.7475亿t/a。年均悬沙淤积量在宁蒙河段为0.345亿t/a;在宁夏河段为0.076亿t/a,其中下沿河～青铜峡区段微淤,青铜峡～石嘴山区段冲淤平衡;在内蒙古河段总和为0.269亿t/a,石嘴山～巴彦高乐、巴彦高乐～三湖河口、三湖河口～头道拐三个区段分别为0.0084亿t/a、0.113亿t/a和0.147亿t/a,沿程增大。悬沙淤积量的时间变化主要受到区间支流来沙量变化和水库建设的双重影响,而空间变化主要受到青铜峡水库拦沙以及刘家峡、龙羊峡水库消减洪峰的影响。黄河宁蒙河段处于构造沉降区,淤积是总趋势,人类活动可以引起个别时段、区段发生侵蚀,但无法改变其沉积的总趋势。

黄河内蒙古不同河型段对洪水过程的响应特征

黄河内蒙古河段的河道淤积近年来有所加重,一些人寄望于人造洪峰冲沙来降低河床。本文根据典型年份的最大洪水的流量—水位过程线变化特征,揭示黄河内蒙古不同河型段对这些洪水的响应机制,得出黄河内蒙古河段洪水的流量—水位过程线类型有线形、顺时针环线、逆时针环线3类单一关系和线形+逆时针环线、逆时针环线+线形、"8"字形+线形、嵌套状逆时针环线以及交叉线形5类复合关系。这些关系总体上可以反映洪水过程中河床是侵蚀还是沉积、何时侵蚀何时沉积、以及冲淤是否具有反复性。黄河内蒙古冲积性河段的河道对同一次洪水过程的响应沿程表现出分化现象,其中辫状河段以河床侵蚀下降为特征,弯曲河段以河床明显沉积升高为特征,而顺直河段以少量沉积或冲淤平衡为特征。不同河型段的河道对洪水的响应趋势与洪水动能的沿程减小相适应,洪峰含沙量沿程减小是该趋势的具体体现。人造洪峰冲沙难以逆转上述淤积趋势,对防治洪灾帮助有限。

克拉玛依农业开发区地下水位变化和应对措施探讨

利用克拉玛依农业开发区及其附近地区1997年-2009年重复地下水位观测数据和高精度地形测量数据资料,分析发现过去十年间开发区平均每年抬升0.61m/a,而且近期抬升加快,其中开发区东部地下水位抬升最为明显。至2009年开发区约2/3土地的地下水位埋深小于土壤发生次生盐渍化的临界深度。针对开发区地下水上升原因和当地自然地理条件,对控制地下水位抬升提出了初步建议。

克拉玛依农业开发区地下水位变化原因分析

克拉玛依农业开发区位于温带荒漠气候区,开发建设10余年来地下水位发生了明显抬升,土壤盐渍化威胁变得十分严重。本文利用地下水水位重复观测、地形测量、气象与径流监测数据分析了开发区的地下水位变化过程,并探讨了地下水位变化与气候、地貌、土壤、周围径流补给以及灌溉的关系。发现开发区的地下水位10年间基本呈现持续上升的过程,自1999年建设以后开发区地下水位发生了普遍抬升,整个开发区地下水位平均上升了7.30m,年平均0.73m/a,但存在明显的空间差异。分析认为灌溉是开发区地下水位上升的主要原因,但南部玛纳斯河下泄径流和北侧山麓洪积扇地下水的补给也起到一定的作用,气候变化影响不大。区内地下水位上升的空间差异主要与地貌及土壤组成条件关系密切。