马莲河下游产水量时空演变特征

马莲河下游流域是我国陇东典型的黄土高原沟壑区,在气候和土地利用变化背景下研究其产水量的时空特征和变化响应,对区域生态系统可持续发展具有重要意义。基于InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)模型定量评估1990年、2000年、2010年和2020年4个时期马莲河下游流域产水量的时空格局和变化,运用地理探测器分析影响因子对产水功能空间分异的影响程度。结果表明:(1)1990—2020年,马莲河下游流域总产水量整体呈现先减后增再减的变化趋势,2020年总产水量相比1990年减少了5.9×10^(7) m^(3),减少率为25.43%。不同时期产水量在空间上呈现南部和边缘地带高、北部和中心地带低的分布特征。(2)不同土地利用类型产水能力大小排序依次为:城镇用地>未利用地>耕地>低覆盖度草地>高覆盖度草地>灌木林>有林地>水域。(3)产水量与降水量呈现明显的正相关,与实际蒸散发量和海拔之间存在负相关。降水和实际蒸散发是决定产水量空间分布和变化的主导因素,q值分别为0.616~0.735和0.517~0.653。研究成果可为陇东黄土高原沟壑区水土资源开发、利用和管理提供科学支撑。

马莲河流域土壤侵蚀特征与模拟

根据淤地坝拦沙信息与流域输沙量计算马莲河流域土壤侵蚀总量,在系统收集流域降雨、土壤、遥感影像等数据资料的基础上,基于RUSLE模型研究马莲河流域土壤侵蚀分异特征及其变化情况,分析模型计算误差.结果表明,流域土壤侵蚀产沙量总体呈逐年减小的趋势,突变发生在2003年,至2011年达到最小值1.911×10^(7)t,多年均值为6.405×10^(7)t,变化率-4.824×10^(6)t/a.泥沙淤积量自2003年逐年上升,至2010年后占据年土壤侵蚀总量的10%~20%.流域土壤侵蚀等级分布总体上北部地区高于南部地区,多数年份东部地区的土壤侵蚀等级最低,土壤侵蚀模数基本维持在2500 t/(km^(2)·a)以下;2003年后,流域各地区土壤侵蚀等级均有所下降,至2018年绝大多数地区土壤侵蚀模数下降超过200 t/(km^(2)·a);总体RUSLE模型模拟结果良好,多数年份侵蚀产沙量模拟相对误差控制在20%以内.

基于SWAT模型的马莲河流域地下水资源评价

为全面了解及合理开发利用地下水资源,选取马莲河流域为研究对象,通过构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数敏感性分析、参数确定和模型验证,对流域出口水文站雨落萍站2006-2019年的逐月径流量进行模拟.模型验证期R2和纳什效率系数分别为0.75和0.64,满足要求.对马莲河流域地下水潜水层储量、天然补给量、可开采量进行估算.流域地下水储量空间分布差异明显,2006-2019年储量减少3.79×10^(9)m^(3),损失量较大,且潜水层储量与潜水层厚度和地质构造状况有关.流域模拟期多年平均地下水径流模数为0.36 L/(s·km^(2)),多年平均天然补给量为2.29×10^(8)m^(3),多年平均可开采量为1.37×10^(8)m^(3).

马莲河流域固沟保塬工程水文响应变化及优化

由于气候变化、土地利用变化及固沟保塬工程实施,黄土高原的水文循环变化备受世界关注。基于SWAT模型和中国大气同化驱动数据集(CMADS),定量分析了固沟保塬工程和4种土地利用情景对马莲河流域水文循环演变的影响。结果表明:SWAT+CMADS模式能够很好地模拟马莲河的水文变化过程;1995—2020年间,流域内年平均径流量减少了13087.50万m 3,降幅达到4.56%;流域内退耕坡耕地全部还林/还草情景较2020年土地利用情景相比,年平均径流量分别减少了283.80万、1923.70万m 3,固沟保塬工程(沟头填埋)情景下年平均径流量减少了1135.30万m 3。模拟研究固沟保塬工程和土地利用变化对马莲河流域径流的影响在生态环境保护和可持续发展方面具有十分重要的现实意义。

马莲河流域泥沙演变规律及其成因分析

依据马莲河流域实测水文资料、气候和NDVI数据,分析流域泥沙演变规律及其成因。结果表明:马莲河流域泥沙分布地区差异较大,总体从上游向下游递减,最大产沙区域多年平均输沙模数达8 148 t/km^(2),支流合水川泥沙最少,年输沙模数为1 663 t/km^(2);人类活动和降水对输沙量变化的贡献率分别为93.0%、7.0%,水土保持措施等人类活动是泥沙减少的主要原因。流域内降水以及下垫面的变化,使产流产沙机制发生显著变化,分析流域泥沙演变规律及其成因,对区域水土流失治理、生态环境修复、水资源开发利用等具有重要指导作用。

基于DEM的马莲河流域数字地形分析

研究基于DEM的数字地形分析可以为各个领域提供地形分析的基础理论及实现手段。DEM水平分辨率作为重要的尺度参数,是确定地形参数和应用尺度的重要指标。选取陇东黄土高原地区的马莲河流域作为研究对象,应用美国ESRI公司开发的ArcGIS地理信息系统软件,基于数字高程模型进行流域地形特征的提取与分析。研究提取流域的基本地形特征如坡度和坡向,提取流域水系,划分了小流域。通过分析比较,得出DEM水平分辨率对提取的地形特征及水文特征的影响,为马莲河流域的数字地形分析提供了理论依据。

马莲河流域河水化学特征和化学风化过程分析

采用Gibbs图解和端元分析方法研究了马莲河水化学特征、离子来源和化学风化作用,利用质量平衡正演模型评价了各风化作用对水化学组分的贡献率。结果表明,马莲河水为高TDS咸水,阳离子以Na^＋、Mg^2＋为主,阴离子以Cl^-、SO4^2-为主;沿河水流向TDS降低,水化学类型由Cl-Na型演变为HCO3·SO4-Na·Mg型;河水化学组分的主要形成作用为化学风化,蒸发盐主导了流域风化过程,对离子组分平均贡献率高达76.5%,硅酸盐和碳酸盐风化较弱;化学风化具空间变异,从上游到下游,硫酸盐和碳酸盐贡献率增加,岩盐贡献率降低。岩性是控制流域化学风化作用的首要因素,降雨量和径流量可能也有一定影响。

近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析。收集到马莲河流域1961—2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量。采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征。运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征。结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18%、53%、27%和2%,侵蚀性降水占年降水57%,降水变异系数为0.19,流域降水>400 mm的保证率为72%,>500 mm的保证率为38%;2)1961—2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2 a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961—2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响。马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓。

马莲河流域洪涝灾害及洪水频率分析研究

通过搜集、整理和分析历史文献资料,对1368～2007年640年间马莲河流域洪涝灾害进行了研究。结果表明在640年间马莲河流域共发生洪涝灾害114次,平均5.61年发生1次,说明马莲河流域为洪涝灾害多发的区域,而且随着人类活动的加强和全球气候的暖干化,洪涝灾害发生的频率加快;同时结合历史调查和实测资料分析洪水频率表明,马莲河流域实测资料序列短,即使结合历史调查洪水资料,也难以精确获得百年一遇以外的洪峰流量,直接影响到大型水利水电工程的洪水设计精度,说明开展马莲河流域的古洪水水文学研究具有十分重要的意义。

鄂尔多斯盆地南部马莲河流域地下水中锶富集特征及成因分析

马莲河流域地处鄂尔多斯盆地南部黄土高原区,按储水介质和埋藏条件可将地下水分为黄土潜水、基岩潜水和基岩承压水三类,利用2015—2018年流域的295组地下水水化学数据,分析了地下水中锶(Sr^(2+))的质量浓度水平、垂向分布及沿流向分布的特征,并采用因子相关性研究地下水中Sr^(2+)的来源和富集成因。结果表明:马莲河流域地下水富锶现象显著,黄土潜水、基岩潜水和基岩承压水中锶的平均质量浓度分别为1.14 mg/l、1.39 mg/l和5.24 mg/l;地下水中锶富集成因主要是含锶矿物天然状态下的水-岩作用,黄土潜水、基岩潜水和基岩承压水三类地下水中Sr^(2+)的主要来源分别为碳酸盐岩与铝硅酸盐岩、碳酸盐岩与硫酸盐和碳酸盐矿物的溶滤作用;地下水中Sr^(2+)的质量浓度沿流向呈逐渐增大的趋势,在不同区域中随深度变化的趋势不一致。

马莲河流域水资源可持续开发利用研究

通过对马莲河流域水资源分布规律、特征进行调查分析,研究了流域水资源开发利用在统筹规划、生态保护、管理机制等方面的限制因素,提出了以资源水利为主旨的战略对策,即通过加强水利工程建设、提高水资源利用水平、改善生态环境、健全涉水事务管理等方式来实现马莲河流域水资源可持续利用。

马莲河流域干燥度变化特征

[目的]研究马莲河流域干燥度变化特征。[方法]利用马莲河流域7个气象站1961—2015年地面观测资料,根据Holdridge生命地带模型对近55年来马莲河流域的干燥度变化特征进行了分析。[结果]近55年来马莲河流域内可能蒸散率(PER)以0.01~0.07/10 a的趋势上升,地区差异明显。马莲河流域PER 20世纪90年代出现了最大值,比20世纪60年代平均增大了0.36,为干旱最频繁发生时段。马莲河流域降水量呈减少趋势,减幅为1.3~13.9 mm/10 a,其中上中游降水量减少最为明显;年生物温度升高,增加趋势为0.13~0.29℃/10 a,下游地区年生物温度升高最为明显。[结论]马莲河流域出现了明显的暖干化趋势,对农业生产、经济社会发展的不利影响将更加显著。

黄土塬区马莲河流域侵蚀产沙变化特性

塬是黄土高原地区特有的地貌类型,长期以来的土壤侵蚀导致黄土塬严重破碎,塬区生产及生态环境问题日益受到关注。董志塬是现存面积最大的完整塬,马莲河位于董志塬东侧,坝库工程较少,河道输沙基本为自然过程。采用马莲河流域6个水文站1954-2017年实测输沙资料和统计学方法,系统研究了流域及塬区土壤侵蚀产沙变化的格局。结果表明:马莲河流域年输沙量与输沙模数随时间变化呈下降趋势,流域多年平均输沙量为1.15亿t,并以年125.38万t的速率下降。流域输沙量具有明显的阶段性,经历了丰沙阶段(1954-1977年、1988-2003年)与枯沙阶段(1978-1987年、2004-2017年)。流域上游输沙量大于下游输沙量,产沙中心位于上游,并且由北向南递减。

马莲河流域水资源供需量预测及平衡分析

根据马莲河流域地形地貌特点、水资源分布状况及社会经济、能源产业的发展情况,将流域系统概化为5个水资源分区,并依据2020和2030年的社会经济发展速度和水利工程建设速度、分为12个方案,采用指标分析法对12个方案进行供、需水量预测。结果表明:2020年最大概率方案为社会经济高速发展、水利工程低速建设方案,流域总需水量6.45亿m3,供水量4.67亿m3,缺水率27.56%。2030年的最优方案为2020年社会经济高速发展、2030年社会经济低速发展,水利工程高速建设方案,流域总需水量10.33亿m3,供水量8.72亿m3,缺水率15.62%。按照供需平衡方案进行水资源分配,可促使流域综合缺水率逐年减少,促使流域的水资源能够更好地为高速发展的社会经济服务,从而提高流域的供水、用水水平,为流域生产、生活安全提供强有力的保障和支撑。

马莲河流域水资源短缺风险决策应用研究

根据马莲河流域地形地貌特点、水资源分布状况及社会经济、能源产业的发展情况,将流域概化为5个水资源分区,并根据社会经济发展和水利工程建设速度,采用指标分析法进行2020年和2030年供需水量预测和平衡分析。对12个供需方案进行专家概率咨询,计算出期望供需水量和期望缺水率。最后利用决策树法进行风险分析,并对决策树法进行改进,将专家咨询概率法引入到决策树敏感性分析中,根据专家概率咨询结果对备选最优方案进行再次筛选,最终得到2020年、2030年的最优水资源供需分配方案。经敏感性分析后,得到2020年社会经济高速发展、水利工程高速建设方案为最优决策方案,流域总需水量为6.45亿m3,供水量为6.00亿m3,缺水率为6.50%;2030年的最优方案为2030年社会经济低速发展、水利工程高速建设方案,流域总需水量为10.33亿m3,供水量为8.72亿m3,缺水率为15.62%。

改进的风险决策及NSGA-Ⅱ方法在马莲河流域水资源综合管理中的应用

将马莲河流域系统概化为5个水资源分区,采用指标分析法进行2020和2030年供需水量预测和平衡分析。利用改进的决策树法进行风险分析,将专家咨询概率法引入到决策树敏感性分析中,最终得到2020、2030年的推荐水资源供需分配方案。然后,利用系统分析理论和优化技术建立了流域的大系统、多目标水资源优化配置模型,并采用优化的NSGA-Ⅱ方法进行求解,得到流域2030年推荐水资源配置方案下的最佳分配方案。最后,根据最佳分配方案和预测的流域需水量,进行了流域的水资源平衡分析,通过平衡分析的结果进行流域的综合管理研究。最佳配置方案实现了流域内水资源的最优分配,使宝贵、有限的水资源产生最大的社会、经济及环境效益,为流域经济、能源产业的快速发展提供水资源保障。

马莲河流域高效林草建设初探

通过对马莲河流域世行贷款水土保持项目实施前后人工造林、种草成效的对比分析,认为“高效林草建设”是植被稀疏、地形支离破碎、水土流失严重的黄土高原沟壑区、黄土丘陵沟壑区植物措施治理的最佳途径.其主要措施有:按照“适地适树、适草”的原则,选择适应性强、速生丰产优质的树草(品)种,对位配置;积极推广ABT生根粉蘸根、吸水剂泡根、根宝浸根、径流林业、容器苗造林、营造乔灌混交林、浸水造林等实用造林技术;进行规范化育苗和精细整地,辅以家畜舍饲喂养,缓解林牧矛盾等.