黄土高原典型地貌区生态系统格局与过程研究

【目的】为检验黄土高原生态恢复成效并进行生态系统格局优化,以董志塬(典型的黄土高原沟壑区)和延河流域(典型的黄土丘陵沟壑区)为例,对比研究了黄土高原不同地貌单元的生态系统格局特征及其变化过程。【方法】基于遥感和地面调查数据,采用景观生态学方法和空间分析方法,评估近30a来黄土高原沟壑区不同地貌条件下的生态系统格局时空变化特征。【结果】农田、森林和草地是黄土高原沟壑区最主要的生态系统类型。其中,高塬沟壑区以农田生态系统为主导,而丘陵沟壑区以草原生态系统为主导;主导生态系统类型同时也是平均斑块规模最高的,但随着人类活动干扰强度的增加,生态系统的破碎化程度逐渐增大。【结论】董志塬植被恢复工程先于延河流域,且初期生态恢复力度较大,而延河流域生态系统类型间的动态演化作用更强烈,生态恢复效果更持久。

黄土高塬沟壑区董志塬沟头溯源侵蚀特征及其防治途径

黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀非常普遍,已经对塬面地区的土地、农田、村庄民居、道路和工厂造成了严重的威胁。通过对董志塬的调查发现,影响溯源侵蚀的因素为自然和人为因素两类。自然因素主要包括降雨径流、地形地貌和土质。总结出溯源侵蚀的发生类型为水力冲刷型、陷穴诱发型、裂缝诱发型和人为诱发型。溯源侵蚀的过程从时间顺序上可分为3个阶段,主要分为水力冲刷阶段、水力和重力共同作用阶段、重力侵蚀阶段。最后,根据不同类型的沟头侵蚀与活动特点,提出了沟头的主要防护措施。

银西高铁董志塬地区黄土工程特性分析研究

研究目的：银川至西安高速铁路在平面上自南而北纵贯被誉为“天下黄土第一塬”的董志塬，在纵断面上因上塬下塬自下而上和自上而下两次贯穿董志塬巨厚原生黄土层，董志塬地区黄土的工程特性成为该段银西高铁建设的重点控制因素。本文通过对银西高铁董志塬段大量综合勘探试验资料的统计分析研究，阐明董志塬段的黄土工程特性和存在的主要工程地质问题，提出合理的应对措施，以期为黄土塬地区铁路建设提供借鉴。研究结论：（1）董志塬原生黄土层分布巨厚，达150-200m，其中表层湿陷性黄土厚15-23m，具Ⅱ-Ⅳ级自重湿陷性；（2）银西高铁董志塬段黄土的物理力学性质存在明显的南北差异及垂直差异：越靠近北部，黄土的天然含水量越低，塑性指数越小，湿陷性越敏感，湿陷等级越高；深度越大，黄土的孔隙比越小，天然密度越大；（3）黄土湿陷性、软塑状黄土及黄土冲沟的地质灾害是银西高铁董志塬段存在的主要工程地质问题，通过合理的地质选线和工程处理措施可以有效地加以解决；（4）该研究成果可为黄土塬地区其他工程建设提供工程经验借鉴。

甘肃董志塬地区第四系地下水补给环境与水化学特征演化

董志塬地区是我国重要的工业基地,近几十年来,地下水超采严重,引起了较为严重的供水安全问题,对塬区第四系地下水属性的认识十分必要。因此,通过综合利用水化学与同位素技术研究董志塬地区第四系地下水系统,对其补给来源、补给环境与演化规律进行探讨。稳定同位素资料显示地下水的δ2H、δ18O值较负,与现代降水及地表水特征值具有明显差别,指示了后两者对前者微弱的补给作用。该区降水在对第四系地下水补给时存在明显的滞后效应。地下水化学类型主要为HCO3-Ca型和HCO3-Ca-Mg型,矿化度较小,与当地主要河流的溶质成分差别较大,是很好的淡水资源。地下水经历的水岩反应有碳酸盐、硅酸盐和石膏矿物的溶解沉淀、阳离子交换和同离子效应等。

高塬沟壑区董志塬沟头溯源侵蚀典型调查研究

详细调查了董志塬地区的西峰区、宁县以及庆城县的沟头溯源侵蚀情况,并对近年来发生前进的沟头进行了详细的实地测量和地形地貌特点分析,对董志塬沟头溯源侵蚀整体情况做出概括。在此基础上将溯源侵蚀的发生类型划分:水力冲刷型、陷穴诱发型、裂缝诱发型和人为诱发型。针对每种类型进行了典型的实例分析。

董志塬大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验研究

为探明庆阳董志塬地区大厚度自重湿陷性黄土场地的各项湿陷性评价指标,推动场地湿陷性评价体系的发展,在这一地区的代表性场地开展了原位大型浸水试验。采用直径20 m的圆形试坑,利用辐射状布置的机械式沉降观测标对浸水过程中地表和地下各深度土层的沉降进行了观测,利用全站仪对浸水试验前后整个场地的地面变形进行了测量。试验共历时177d,其中试坑注水过程93d,共注水44 119 m^3,浸水引起了试坑内外黄土不同程度的自重湿陷。基于监测数据分析并解释了距试坑中心不同距离处地表湿陷量的发展规律与差异,通过地面沉降等值线得出浸水影响半径为31 m,通过计算各土层原位实测自重湿陷系数获得该场地自重湿陷下限深度为13 m,远小于通过室内试验获得的17 m下限深度,用面积权重法计算得该场地的修正系数β0为1.02,小于规范推荐值1.2。给出了详细的试验设计方案,并在分析讨论的基础上提出了数据处理方式和结果呈现方法,对指导该地区未来的黄土地基勘察设计具有直接的应用价值。

地下水对董志塬黄土隧道工程性质的影响分析

地下水对新建隧道工程具有诸多不良影响,通过现场调研和资料整理,对董志塬区黄土地层性质和地下水分布特征进行系统总结,分析董志塬地下水对银西高铁隧道工程的影响。结果表明:(1)董志塬区黄土物理力学性质随地层岩性、位置和地下水位变化存在一定的差异性,含水率和液性指数从塬边南部向塬边北部依次减小,孔隙比和压缩模量从塬边南部向塬边北部依次增大;(2)董志塬区地下水位埋深在塬心浅而塬边深,北塬地下水位埋深略比南塬深;含水层厚度则在塬心比较厚,而向塬边逐渐减小;(3)董志塬区地下水对银西高铁黄土隧道工程的主要不良影响有:引发黄土湿陷性;形成软塑状黄土;导致隧道管涌、涌水、塌方、冒顶事故等。

论董志塬地下水资源及其可持续利用

结合近年野外实际调查和收集到的资料,重点分析董志塬地形、构造、地层特性、地下水容积贮存量、天然补给量、允许开采量及井网布置等问题,揭示董志塬地下水资源特点,提出合理利用,优化配置对策:实施董志塬地下水资源统一管理,厉行节约用水,提高水资源利用效率和降水入渗补给率。

黄土隧道围岩含水率变化及拱架受力特征研究

为了研究黄土隧道围岩含水率和钢拱架应力在施工期间的变化规律,以在建银西高铁董志塬区上阁村隧道为例,采用现场监测方法,对黄土隧道围岩体积含水率变化规律和钢拱架受力特征进行分析研究。结果表明:黄土隧道围岩含水率在时间上呈先增长后平稳的两阶段变化,在空间上表现为拱顶和拱腰位置的含水率总体小于拱脚和仰拱底部的含水率;钢拱架应力在施工期内呈先非线性增大后出现波动最后趋于平稳的三阶段变化规律,在施工期内钢拱架对承受围岩压力、确保大断面黄土隧道围岩稳定性方面发挥着重要作用。建议对大断面黄土隧道在施工期内形成"勤测含水率、重视防排水、加强初支"的管理理念。

董志塬沟谷侵蚀发育规律及其影响因素研究

为了给黄土塬区沟谷侵蚀研究和固沟保塬工程建设提供参考,利用高分辨率谷歌影像,目视解译董志塬地区的沟谷沟沿线,基于沟沿线特征构建沟谷发育度、逼近距离、边界维数等量化指标,分析董志塬沟谷侵蚀发育规律,并对其影响因素进行了分析。结果表明:董志塬地区沟谷发育度总体上北部大于南部、东部大于西部,由北向南、由西向东的分布均呈先减小后增大的格局,其中北部地区最大值接近于1,表明北部区域塬面几乎被蚕食殆尽;董志塬地区逼近距离即沟沿线与流域分水线的平均距离的分布由北向南、由西向东均呈先增大后减小的格局,在中部地区出现约2500 m的最大值,北部地区的最小值小于60 m,表明北部地区小流域沟谷侧蚀程度较高;董志塬地区边界维数的分布由北向南、由西向东均呈先减小后增大的格局,北部地区出现约1.8的最大值,表明北部地区沟沿线形态复杂,中部地区最小值接近1,说明中部地区沟谷发育程度较低;董志塬地区沟谷侵蚀发育受地形地貌、地质构造、植被、降雨等自然因素的影响。