黄河头道拐段冰输移及堆积过程数值模拟

头道拐河段因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段最易形成冰坝的河段,研究该河段河冰输移及堆积过程是理解内蒙古段河冰过程及卡冰结坝作用机理的关键。本文基于耦合的二维有限元水动力学模型和DPM(Discrete Parcel Method)河冰动力学模型,模拟了黄河头道拐河段2020—2021年冬季封河过程并进行了验证,讨论了不同水力条件、上游流凌密集度及河道形态对封河过程的影响。结果表明:相比于官牛犋弯道,河道弯曲率大、束窄程度高的什四份子弯道更易形成卡冰,且流量越小,卡冰作用越明显,冰盖向上游发展速度越快。河道流凌密集度小于0.4时,各种流量下研究河段未发生卡冰;流凌密集度增大至0.4,表面流冰首先在弯曲率系数较大的什四份子弯道处形成卡冰,随着流凌密集度和流量的进一步增大,下潜并输移到下游的流凌也会在官牛犋弯道形成卡冰,因此,头道拐河段形成卡冰的流凌密集度临界条件为0.4。应用冰水耦合二维动力学模型可以很好地模拟天然河道河冰输移、堆积过程中河道的水力特性、冰厚增长及封河形态,揭示了影响河冰过程的相关因素及作用机理,为黄河内蒙古段防凌减灾工作提供技术支撑。

基于流域系统地貌信息熵的贺斯格乌拉露天矿区稳定性评价

[目的]开展露天矿区稳定性评价,为矿区地貌重塑、生态环境修复及水土流失监测等提供技术支撑。[方法]以流域系统地貌信息熵为评价指标,基于ArcHydro水文模型及流域自相似原理,对露天矿区及周边未扰动区地貌形态稳定性进行评价,探究矿区水土流失风险及其侵蚀强度。[结果]受矿区剥离、采掘、运输及排弃等一系列工艺的影响,内蒙古贺斯格乌拉露天矿区现状地貌信息熵多集中在0.105~0.145,流域地貌系统发育多为幼年期或壮年偏幼年期,流域侵蚀风险较高;原始地貌及未扰动区地貌信息熵多大于0.40,为稳定的壮年期或老年期,地势平缓,土壤侵蚀模数较小。[结论]以贺斯格乌拉露天煤矿为例,受矿区原始地貌、矿区开采顺序及排土场位置等影响,水土流失风险呈现由南向北逐渐递增的趋势特征,可以作为露天矿区地貌重塑及生态环境修复的依据。

不同放牧条件下坡面初始产流时间和径流流速变化特征

[目的]研究不同降雨强度下植被覆盖度和坡度对我国北方典型草地坡面产流的影响,以期进一步丰富我国有关北方典型干旱半干旱草原的水土保持研究理论,为合理配置草原资源提供理论及实际参考依据。[方法]研究基于野外人工模拟降雨试验的方法,分析了不同雨强下初始产流时间与植被盖度和坡度的相关规律,以及不同放牧条件下坡面径流流速的变化规律,建立了初始产流时间与植被盖度和坡度以及坡面流速与植被盖度和坡度的多元回归模型。[结果]雨强为1.5 mm/min时,3个坡度4°,9°,14°坡面的初始产流时间相比裸地,放牧条件下分别增加了1.23,1.39,1.30倍,围封条件下分别增加了2.02,2.03,1.38倍。整个模拟降雨的坡面径流流速变化范围0.05~0.3 m/s,围封状态下,坡面流速仅是放牧条件下的63%~68%。[结论]植被盖度和坡度对初始产流时间的影响较为显著,在其他条件相同的情况下,初始产流时间随着雨强或坡度的增大均减短,随着植被盖度的增加而明显延长。在其他条件相同的情况下,雨强或坡度越大,坡面流速越大;植被盖度越大,坡面流速越小,产流总量与之规律相同。

内蒙古达里诺尔湖湖泊水体与入湖河水水化学特征及控制因素

为摸清内蒙古达里诺尔湖湖泊水体与入湖河水的水化学主要离子组成特征及其控制因素,于2013年6—9月对湖水、河水进行采样.采用水化学类型三角图分析不同湖水与河水的主要离子组成,利用Gibbs图分析水体化学成分主要驱动因素,在此基础上,运用河水主要离子比例关系图进一步分析入湖河水离子主要来源.结果显示,达里诺尔湖湖水总溶解固体(TDS)含量范围为5800—6170 mg·L^(-1),平均值为5990 mg·L^(-1),入湖河水TDS含量范围为140—310 mg·L^(-1),平均值为200 mg·L^(-1),远低于湖水的TDS值.入湖的河水属于淡水,而湖水则已演变为中度咸水.湖水、河水主离子组成以及水化学类型具有一定的差异,其中,湖水离子含量特征为HCO-3(2564.60 mg·L^(-1))>Cl-(2025.29 mg·L^(-1))>SO2-4(424.02 mg·L^(-1)),Na+(2070.68 mg·L^(-1))>K+(159.24 mg·L^(-1))>Mg^(2+)(20.04 mg·L^(-1))>Ca^(2+)(5.09 mg·L^(-1));河水离子含量特征为HCO-3(118.93mg·L^(-1))>Cl-(24.99 mg·L^(-1))>SO_4^(2-)(11.77 mg·L^(-1)),Na^+(49.84 mg·L^(-1))>Ca^(2+)(27.83 mg·L^(-1))>Mg^(2+)(14.55 mg·L^(-1))>K+(6.56 mg·L^(-1));依据阴、阳离子所占比例进行分类,湖水的水化学类型为Cl-HCO_3^-Na型,贡格尔河为Cl-HCO_3-SO_4-Na-Ca型,浩来河为Cl-HCO_3-Na-Ca-Mg型,沙里河为HCO_3-Na-Mg型,亮子河为HCO_3-Ca-Na型.从水化学驱动因素上看,其水化学组成自然起源主要受自身蒸发-结晶作用的影响,部分区域受到农业活动、放牧及旅游业等人类活动影响,而贡格尔河、浩来河、亮子河及沙里河4条入湖河水的水化学组成落在Gibbs模型的中部,则主要受岩石风化作用控制,4条河流主要受碳酸岩风化影响,钠硅酸岩风化对河水中阳离子的贡献也较大.结合入湖河水水质、水化学驱动因素分析,近年来湖水水体盐化主要是受湖区蒸发量增大、入湖流量减少、湖区面积萎缩的影响,入湖盐分的贡献及人类活动的影响则相对较小.

综合干旱指数构建及其在不同草原类型中的应用

干旱指数是评估旱情等级、制定防旱减灾对策的重要指标。该研究从干旱发生的物理机制出发,基于CRITIC(Criteria Importance Through Inter-criteria Correlation)客观赋权法,综合考虑气象标准化降水蒸散指数(Standard Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)、植被供水指数(Vegetation Supply Water Index,VSWI)和日光诱导叶绿素荧光指数(Solar-induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)在干旱发展过程中的作用机制,构建融合多源信息的综合干旱指数,探究其在不同草原类型干旱中的适用性和敏感性,进而分析干旱的时空分布及演化特征。结果表明:综合干旱指数既能敏锐捕捉气象干旱的早期开始,亦能从水文和牧业干旱角度综合反映旱情的持续过程和时间,相比单一干旱指数,具有综合表征多尺度干旱演化特征的优势;2007—2018年,内蒙古锡林郭勒草原干旱频率呈波动中下降趋势,干旱强度主要以轻中旱为主,重旱及以上干旱集中在春秋两季;空间分布上从西北向东南逐渐降低,呈现荒漠草原>典型草原>草甸草原,典型草原中北部旱情严重的特征。该研究对蒙古高原不同草原类型干旱事件精准监测及旱灾防御具有重要意义。

基于3S技术的黄河内蒙古段河道演变特性分析

为揭示黄河内蒙古段河道形态大尺度、长序列的演变规律,选取典型河段蒲圪卜—岔河口为研究对象,以1995—2013年4期(1995年、1999年、2006年和2013年)多光谱遥感影像为数据源,采用3S技术,结合RTK实测数据,对不同年份129个测量断面的河道平面摆动及河槽宽度变化进行了分析。结果表明,基于3S技术解译的河道形态与实测河道形态吻合较好,1995—2013年研究区河槽宽度在波动中呈萎缩趋势,2013年与1995年相比主河槽宽度平均萎缩了32.24 m,变化率为-9%;弯道处多次出现裁弯取直,河床地质条件、河道来水来沙条件及河道形态是影响河道演变的重要因素;相比于基岩河床,砂质河床的河槽宽度变化率较大,变化幅度为-12%^-33%;昭君坟断面较明显的河槽萎缩是受南岸库布其沙漠及上游"十大孔兑"入黄沙量增加的影响。

基于模糊数学的黄河内蒙古段水环境质量评价

[目的] 监测黄河内蒙古段5个监测地点，从上游到下游依次是三盛公、三湖河口、包头镫口、张立文尧、喇嘛湾，共24个监测断面，进而了解黄河内蒙古段水质现状。[方法] 选择溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮5个评价参数，运用模糊数学综合评价方法进行综合评价。[结果] 黄河内蒙古段水体中DO基本属于Ⅰ类水，其值在7.2～8.1 mg/L之间；COD总体上介于Ⅲ和Ⅳ类水之间，其值在17～33 mg/L之间；氨氮总体上接近Ⅲ类水，其值在0.5～1.3 mg/L之间；TP总体上介于Ⅱ和Ⅲ类水之间，其值在0.12～0.28 mg/L之间；TN基本超过Ⅳ类水，有的甚至超过Ⅴ类水，其值在1.4～2.7 mg/L之间；主要污染物为COD和TN。其整体呈现Ⅲ和Ⅳ类水，其评价值在3.3～4.2 mg/L之间。[结论] 通过评价发现，黄河内蒙古段水质有逐渐恶化的趋势，主要原因是外源污染的汇入。

基于遥感数据的河冰过程解译及分析

鉴于河冰的野外观测受观测技术、条件及方法的限制而无法获得大尺度、长序列的河冰过程数据,而遥感技术可有效完成复杂时空尺度海量信息的收集处理,以Landsat8遥感影像为数据源,通过单波段信息量比较及相关系数、信息熵和最佳指数的联合分析,得到最佳波段组合;采用监督分类的最大似然法对黄河内蒙古段三湖河口河段2013—2014年冬季不同时期遥感卫片数据进行解译,并对解译结果进行分析,从而获得该河段不同时期河冰的生消演变过程及特性。结果表明:应用7、4、3波段组合获得了较高的河冰解译精度,解译影像可以反映大尺度下冬季河冰的生消演变及输移过程,结合气象、水文等数据可以解释典型河冰现象,为河冰的理论分析及机理研究提供数据支撑。

黄河干流头道拐水文站水沙运动特征及影响因素

为明确黄河干流头道拐水文站水沙运动过程、变化趋势及运动状态特征,以2006—2018年黄河干流头道拐水文站水沙数据为基础,基于累积距平法、R/S极差分析法、河道来沙系数与不协调度等研究方法,对头道拐水文站水沙运动过程进行系统分析。结果表明:头道拐水文站年际间径流与输沙量和年内月均径流与输沙量变化趋势均呈现良好的一致性,但两者的季节性差异特征显著,且输沙量的显著性较径流更突出;冬季径流与输沙量变化趋势同步性相比其他季节较差,季节性的极差Hurst指数揭示了冬季输沙量变化趋势的反持续性和水沙不协调性易引起河道的冲淤演变;以来沙系数为水沙状态的划分依据,春季、夏季和秋季水沙特征多呈现水少沙多的状态,而冬季水沙状态则为水多沙少,水沙协调状态会出现在春季个别年份;季节性水沙不协调度总体呈夏季>秋季>春季>冬季的变化特征,特殊的来水来沙过程、水文气候特征及人类活动变化是造成水沙不协调的主要影响因素。

采用水量平衡法分析呼伦湖水域面积变化因素

为摸清呼伦湖水位下降而导致周边生态环境恶化的原因,以呼伦湖为研究对象,通过Landsat ETM+和OLI影像资料得到呼伦湖面积变化情况,将1960-2013年共分为4个时期,利用水量平衡法分析影响呼伦湖水量的主要因素。结果表明:不同时期影响因素及影响程度均不同,径流量的R值分别为0.42、0.93、0.60、0.86,每个时期影响最大值,面积减小了213 km^2,水位降低了3.35m。综合以上所述,得出入湖河流的径流量为调控呼伦湖水量的主控因子,其水域面积的持续萎缩主要是受气候变化和人类活动影响。

近59a锡林郭勒草原旱灾驱动气候因子分析

锡林郭勒草原是我国北方典型的干旱半干旱牧区,利用1959-2017年研究区不同地理位置逐日气温和降水数据,通过计算潜在蒸散量和水分盈亏量,结合趋势分析和R/S极差分析等方法,研究干旱半干旱牧区气候因子的时空分布特征及变化趋势,为北方牧区干旱的监测和预测提供科学支撑。研究表明:过去59 a,锡林郭勒草原气温呈显著增加趋势[0.39℃·(10a)^(-1)],降水呈缓慢减小趋势[-5.40 mm·(10a)^(-1)],气候逐渐趋于暖干化。研究区东南部的降雨量明显高于西北部,水分亏缺量由西向东逐渐递减,气温和潜在蒸散量则呈西南高、东北低的空间分布;不同地理位置关键致灾气候因子的年际变化差异显著,年内呈单峰型周期性变化,于7月份达到水热条件良好状态。锡林郭勒草原暖干化趋势的正持续性强烈,西部二连浩特地区荒漠化风险严重,东部西乌珠穆沁旗和中北部那仁宝力格地区降雨和水分盈亏量下降趋势显著,会对植被生长和生态环境产生不利影响。

黄河内蒙古段封河期水面-大气非线性热力学模型探究

封河期水面-大气界面热量交换决定了河道内水温变化,是影响河流冰情及冰凌堵塞的主要热力因素。以黄河内蒙古段冰期水面-大气净太阳辐射、有效长波辐射、蒸发及热传导辐射特征为基础,探讨分析现存非线性热力学模型的差异及其影响因素。结果表明:基于Shen&Chiang和Ashton非线性热力学模型的黄河内蒙古段封河期水面-大气平均热交换量分别为124.05和114.31 W/(m 2·h),受太阳短波辐射昼夜交替变化及内蒙古高纬度地区昼夜温差较大的影响,日均热量损失规律性明显,水体表面吸收的热量在11:00-15:00时段内大于其释放的热量,其他时段则相反;气象因子对总热量损失的贡献率呈现气温(T a)>相对湿度(RH)>露点温度(T d)>风速(V a)>大气压(P),蒸发辐射对风速的响应大于热传导辐射,但风速对总热量损失的影响效应并不显著;风速突增与气温骤降的双重作用是导致热量传输速度加快和极值出现的主要原因,风速大于4 m/s时模型结果差异性显著,揭示了模型在冰期热力学过程研究中的区别和影响因素;总体而言,Ashton热力学模型更适用于黄河内蒙古段封河期流凌密度及冰情特征的研究。

基于SPI指数的内蒙古地区干湿气候特征

探究气候的干湿格局及其演化趋势对旱涝灾害监测防御具有重要意义,围绕北方内蒙古生态功能区重要定位,依据1970—2020年45个气象监测站点月尺度降水资料,采用标准化降水指数(SPI),运用线性趋势、突变检验及Morlet小波分析等方法,探究内蒙古地区多时间尺度下气候的干湿特征及周期演化规律。结果表明:1970—2020年,内蒙古地区干旱强度以轻中旱为主,局域性和全域性干旱频发,夏季干旱趋势显著,且明显高于年际干旱化水平;不同生态功能区干湿空间格局呈现东北部林区和西部荒漠区旱情缓减、中部草原区旱情加重、且典型草原区干旱风险较高的特点;小波分析显示,内蒙古地区共经历了准两次干湿交替过程,其中,11a的短周期演替与太阳黑子活动小周期有关,49a长周期尺度则揭示了内蒙古仍将处于一段暖湿期。

基于环境变量和机器学习的土壤水分反演模型研究

为利用多源数据构建毛乌素沙地腹部土壤含水率建模指示因子,通过微波后向散射系数、地表温度、缨帽变换要素、波段反射率、干旱指数和地形要素等17个变量为建模因子,分别以偏最小二乘(Partial least squares regression,PLSR)、极限学习机(Extreme learning machine,ELM)和随机森林(Random forest,RF)3种方法构建土壤含水率反演模型,对模型进行验证和对比,并对研究区的土壤水分分布进行制图。结果表明:温度植被干旱指数是土壤水分空间变异性的最重要的预测因子(决定系数为0.64),其次是地表温度(0.6)、σ_(VV)(0.38)、植被指数(0.38)、波段7反射率(0.35)、σ_(VH)(0.32)、波段6反射率(0.3)和反照率(0.26)。相比于未筛选变量所构建的模型,利用最优子集筛选(Best subset selection,BSS)变量所构建的模型精度均有所提升。其中PLSR在处理共线性方面表现最优,ELM回归模型最稳定。RF模型具有最高的精确度,4月,决定系数为0.74,均方根误差为8.85%,平均绝对误差为7.86%;8月,决定系数为0.75,均方根误差为8.86%,平均绝对误差为7.41%。不同方法反演的土壤水分分布趋势没有显著差异,高土壤含水率出现在研究区的北部和东南部,中北部平坦地区的土壤含水率较低。利用光谱指数、环境因子和地形数据构建的多因子、多指数综合模型能较高精度地反演毛乌素沙地腹部表层土壤水分,对研究该地区土地荒漠化和生态环境治理具有参考价值。

冰封期黄河悬移质泥沙分布特性研究

冬季冰盖的形成,导致河道水流特性较敞流期发生改变,进而影响悬移质泥沙浓度及垂线分布。本文选定黄河内蒙古下游段为研究区域,通过冬季野外采样及室内检测,研究冰封期黄河悬移质泥沙浓度及垂线分布特征,讨论冰封期河道综合糙率和冰盖厚度对含沙量大小的影响,建立冰厚与各取样垂线平均含沙量之间的相关关系模型,其精度达85%以上。

降水和人类活动对荒漠草原型流域径流的影响

研究降水和人类活动对径流的影响,对水资源合理开发利用具有重要意义。以艾不盖河流域作为典型的干旱荒漠草原型流域,根据57年降水和径流数据,采用线性回归法和距平百分率法分析其变化趋势,采用Mann-Kendall非参数秩次相关检验方法识别径流突变点,建立天然条件下降水和径流的线性回归方程,对降水和人类活动对径流的影响做定量研究。结果表明,径流的年际变化幅度远大于降水,降水量下降趋势不显著,径流量下降趋势显著,径流受降水和人类活动共同影响;1968年为径流突变年,人类活动对径流的贡献率大幅增加并大于降水,成为影响径流变化的主要驱动因素。

基于模型平均法的表层土壤含水率多模型综合反演

土壤水分是农作物和牧草生长的关键因素,也是影响全球气候变化和水循环的重要因子,因此准确监测土壤水分对促进农牧业可持续管理至关重要。基于Landsat 8 OLI多光谱影像,在表面生物物理特性和地形参数的基础上,结合野外实测土壤含水率,采用经验模型法分别构建了反距离加权法(Inverse Distance Weighting,IDW)、多元线性回归(Multivariable Linear Regression,MLR)、随机森林(Random Forest,RF)的土壤含水率反演模型,并采用模型平均法(Granger-Ramanathan,GR)进行组合反演,结果显示,通过模型平均法组合单一模型后在该研究区的土壤含水率反演中表现出了更好的适用性,模型平均法GR对于土壤含水率的估算效果佳,建模集与验证集R^(2)≥0.88,均方根误差均不大于1.42%,且模型性能远优于反距离加权法、多元线性回归和随机森林。

冰塞渗流阻力特性的实验研究

冰塞引起的上下游水位变化与内部水流阻力有关,其堆积演变形成的固液多孔介质中存在渗流问题,且渗流阻力对上下游水头压力具有一定影响。本研究基于实验室冰水力学模型实验,通过设定不同的水力条件,获取不同冰塞剖面形状及沿冰塞剖面累积方向冰盖下流速分布,采用非达西渗流理论对冰塞内渗流阻力进行率定,获得了渗流阻力能量损失的变化特征。结果表明,渗流阻力能量损失占总能量损失的比例为11%~21%,冰厚较大位置可达到42%,沿冰塞累积方向,渗流能量损失占比与冰厚和水深之比呈典型的正相关。渗流流量为河道内重要的槽蓄水量,孔隙率在0.39~0.51之间,冰厚与水深之比在0.6~1.4之间时,渗流流量占总流量的9%~26%。渗流流量的变化受孔隙率、冰塞结构及水力特征等共同影响,冰颗粒均匀且随机堆积情况下,冰塞厚度越厚,冰体排列越紧密,孔隙率和渗流系数越小,流体通过多孔介质的比表面积越大,渗流能量损失也越多。本研究进一步明晰了冰塞阻力机理及渗流阻力在冰塞中的重要性,为受凌汛灾害困扰流域解决实际问题提供理论科学依据。

小预习，大光彩——浅谈小学语文预习作业改革的指导建议

随着教育改革的不断推进，小学语文教学的方式也在逐渐改革和变化，而在其改变的过程中，一个极其重要的方面便是语文作业的布置。许多教职人员认为，虽然学生自己的学前预习对学习的帮助是徽平甚徽，怛是科学有效的指导性预习却可以帮助学生高效地完成学习任务。文章就小学语文预习作业改革的指导给出了一定的建议。

内蒙古牧区草原旱情监测预测评估系统

内蒙古地区干旱灾害频发,需要对抗旱减灾关键技术,尤其是牧区干旱监测预警与旱灾综合风险评估关键技术进行研究,从而为政府部门提供准确旱情信息,为抗旱部门制定抗旱决策及时提供科学依据. 1 系统原理 内蒙古牧区草原旱情监测预测评估系统(以下简称:"系统")为了满足内蒙古牧区抗旱减灾业务发展需求,采用B/S的框架研制开发,是集基础观测数据信息采集、数据信息分析、卫星遥感干旱监测图提取、干旱分析评估和预测预警等功能于一体的综合性干旱监测预测评估系统平台.