1986—2020年黄河流域十大孔兑土地利用变化及驱动力分析

[目的]十大孔兑是黄河几字湾的重要组成部分,生态环境敏感脆弱,开展其土地利用变化与驱动力分析对黄河流域高质量发展具有重要生态意义。[方法]对十大孔兑基于1986年、2000年、2010年、2020年4期遥感影像,运用ArcMap 10.8空间分析法和主成分分析法系统分析其土地利用变化情况及驱动因素。[结果]林地、建设用地、耕地呈逐期扩张趋势,未利用地、草地、水域呈逐期缩减趋势,截至2020年林地成为占地面积最大地类,面积达6308.43 km^(2),占总面积的59.99%。2010—2020年综合动态度最高,达1.59%,表明土地利用变化在2010—2020年变化最为剧烈。平原区地势平坦,耕地和建设用地在此扩张明显;风沙区在生态治理政策与工程作用下,未利用地向林草地转变,在风沙区东部尤为明显,而在风沙区中部则小比例转变为光伏发电建设用地;丘陵区主要由未利用地转变为林地,由于区域工矿业发达,丘陵区东南部极小部分林地转变为城乡工矿建设用地;水域在孔兑内部共减少75.81 km^(2),而耕地除北部平原区扩张外,在孔兑沿岸增加明显。土地利用变化主要受社会经济、农业生产力、地势、政策驱动变化。[结论]近35年来,十大孔兑土地利用变化较大,整体生态向好的方向发展较为明显。该研究结果可为决策部门制定黄河流域生态保护政策提供科学参考。

十大孔兑流域水土流失分布特征及防治对策

[目的]通过分析十大孔兑水土流失面积、强度及水土流失动态变化,为流域综合治理提供参考依据。[方法]基于全国土壤侵蚀遥感调查结果和全国水土流失动态监测成果,对比分析流域水土流失及其分布、动态变化。[结果]十大孔兑流域植被面积占流域面积的63.97%,以中低覆盖和低覆盖为主,分别占植被覆盖面积的48.85%和36.54%。2021年水土流失面积为4374.98 km 2,占流域面积的40.63%;与2020年、1999年和1985年相比,2021年水土流失分别减少46.32,3664.50,4958.03 km 2,水土流失主要分布在草地、林地、耕地和其他土地4个地类上,占水土流失总面积的96.69%。[结论]十大孔兑依然是黄河流域水土流失治理的难点地区,高强度侵蚀减少与年度监测成果未考虑沟道侵蚀有关;该区应坚持以“以沙棘种植为主的植被建设,以淤地坝建设为重点的工程布局,以锁边固沙为前提的治沙方针,大力推进拦沙换水试点工程”的流域综合治理策略。

2021年十大孔兑区域土壤侵蚀空间分布特征

土壤侵蚀是内蒙古自治区十大孔兑区域最严重的环境问题之一。为该区域生态环境的健康发展,本研究基于多源数据结合多种土壤侵蚀模型对2021年十大孔兑区域的土壤侵蚀做出评估,评估结果显示:2021年十大孔兑区域土壤侵蚀面积为4398.85 km^(2),占区域总土地面积的40.86%,其中轻度、中度、强烈、极强烈和剧烈等级的土壤侵蚀面积分别为2614.38 km^(2)、1328.74 km^(2)、276.29 km^(2)、194.45 km^(2)和40.15 km^(2),区域整体以中度和轻度侵蚀为主。基于评估结果本研究总结了十大孔兑区域土壤侵蚀的空间分布特点,并综合多因素对侵蚀特征进行分析,最终得到如下结论:(1)十大孔兑区域的水力侵蚀离散分布于孔兑上游,这是由地形地貌、植被覆盖等多个因素共合同作用导致的,其中地形地貌对侵蚀分布的影响相对较大;(2)十大孔兑区域的风力侵蚀聚集分布于孔兑中下游,中游的库布齐沙漠是孔兑中风力侵蚀最为严重的区域,风力侵蚀的分布受到土地利用类型和植被覆盖的影响较大;(3)十大孔兑区域的土壤侵蚀集中在达拉特旗、东胜区和杭锦旗境内,但由于各县区部分覆盖的侵蚀地貌不同,各县区在水力和风力侵蚀面积占比上有很大差异。

黄河流域鄂尔多斯十大孔兑淤地坝减沙效应

为了定量评价十大孔兑地区淤地坝的减沙效益,基于历史资料整理与实地详查,统计了十大孔兑地区1986年以来现存淤地坝的数量和分布特征;采用淤积体概化法,确定了影响淤地坝减沙量的主要参数,并计算了研究区354座淤地坝的减沙量。结果表明:十大孔兑354座淤地坝累计减沙3.205 61×10^(7)t,其中减沙量最大的孔兑为西柳沟,达1.239 76×10^(7)t;通过分析不同时段淤地坝的减沙特征表明,1986—1999年、2000—2009年和2010—2018年3个时段的淤地坝减沙量分别为4.946 6×10^(6)t, 1.155 57×10^(7)t, 1.555 38×10^(7)t。十大孔兑地区淤地坝具有显著的减沙作用,具有很高的减沙指标(达5 720.33~58 141.81 t/座),2000年以后的两个时间段内,随着坡面林草措施的增加,淤地坝减沙量增加,表明在这一地区,淤地坝仍然是最有效的水土保持措施之一。

内蒙古十大孔兑区土地利用类型变化与生态环境效应

[目的]研究十大孔兑区土地利用变化与生态过程之间的关系,揭示人类活动和土地利用与生态环境效应,为研究区土地利用结构优化和区域生态环境保护提供依据。[方法]选取2000,2010,2020年landsat影像,采用监督分类的方法结合地统计模块来获取不同时期土地利用数据和转移矩阵,对土地利用动态度、土地利用程度综合指数进行分析,在此基础上,运用数理统计等方法,选取NDVI值、生态环境质量指数等指标,对十大孔兑区生态环境质量进行综合评价。[结果]①研究期内,林地和草地面积比例变化幅度最大,水域面积比例最小,各土地利用类型之间转换频繁,林地“涨势”和草地、未利用地“落势”,十分明显。②十大孔兑区2000,2010,2020年土地利用类型转化的生态环境质量指数分别为0.5261,0.5373,0.5433,整体呈现上涨趋势;在空间分布方面,生态环境质量东高西低、南高北低。③年平均降水量、年平均风速会对生态环境质量产生显著的正向影响,年平均气温会对生态环境质量产生显著的负向影响。[结论]2000—2020年,城镇化快速发展的同时,十大孔兑区生态环境质量也在向好发展,研究区范围内生态环境质量呈现整体改善,局部恶化的局面,建设用地、林地、草地、未利用地之间的转化是主要原因,退耕还林等环境保护政策使研究区环境质量不断上升。

黄河流域十大孔兑地区多维水资源承载力分析

针对黄河流域内蒙古段十大孔兑地区地下水超采、“粮能争水”导致的黄河流域局部地区水资源短缺问题,基于“量、质、域、流”多维水资源承载力评价框架,利用层次分析法和熵权法对评价指标进行主、客观组合赋权,应用TOPSIS模型对区域水资源承载力进行多维度综合分析。结果表明:2000—2020年研究区水资源综合承载力呈上升趋势,但整体处于临界可承载状态;水资源维度承载力:量>流>质>域,水资源承载子系统承载力:利用方式>承载体>承载对象。总体来看,国家最严格水资源管理制度“三条红线”的刚性约束以及河(湖)长制的全面推行,倒逼区域水资源“质”和“流”维度承载力提升,但持续高强度的水资源开发利用,使得“量”和“域”维度承载力下降显著;未来需要进一步优化农业与工业用水格局,重点解决“粮能争水”问题,加大对现有河湖水资源引入等措施来实现经济社会的可持续发展与水资源荷载平衡。

内蒙古十大孔兑西柳沟流域土壤侵蚀及水土保持措施调查

[目的]内蒙古十大孔兑地区属黄河中上游多沙粗沙区和生态脆弱区,对该区典型流域西柳沟的土壤侵蚀进行实地调查,分析流域土壤侵蚀特征及成因,为该区水土流失防治提供科学依据。[方法]于2022年9月19—26日和2023年6月21—26日沿X640解柴线(解家营—柴沟堡)和G109京拉线(北京—拉萨)2条公路分别布设15个调查点和14个集水区,对调查点及集水区植被、土壤、土壤侵蚀特征和水土保持措施等进行调查。[结果]流域内草地片蚀较为严重,耕地侵蚀不严重,沟谷内裸地风蚀较为严重。上游黄土高原丘陵区沟蚀严重,且溯源侵蚀、下切侵蚀及沟岸扩张未停止,伴随较为严重的重力侵蚀。中游风沙区以风水复合侵蚀为主,大幅增加了流域的产沙总量。流域内道路建设及边坡开挖等人为扰动进一步加剧了侵蚀风险。径流泥沙含量测定结果验证了流域泥沙的主要来源为上游地区。流域内水土保持措施以植被措施及工程措施为主,虽已起到一定水土保持作用,但由于形式单一而未能发挥理想效果。[结论]西柳沟短历时高强度的降雨特点叠加下层砒砂岩土壤条件共同加剧了该区土壤侵蚀,经济发展压力下的人类活动扰动加剧了生态风险,当地政府亟需持续增加水土保持投入,提高监管能力,加强对于土壤侵蚀的监测与机理研究,完善水土保持综合治理。

黄河流域十大孔兑土地利用变化的土壤侵蚀效应

十大孔兑位于黄河流域上游内蒙古段,降雨季节易形成峰高量大、含沙量高的洪水涌入黄河,水力侵蚀与风力侵蚀并存,侵蚀情况复杂。采用修正土壤流失方程与地理空间分析技术,分析了十大孔兑地区1990-2015年土地利用变化的土壤侵蚀效应。分析结果表明:1990-2015年,研究区域林地面积明显增大,由2.18万hm^(2)增至24万hm^(2)。草地面积先上升后下降,由53.8万hm^(2)先升至58.2万hm^(2),后降至51.0万hm^(2)。十大孔兑地区土壤侵蚀模数上升后显著降低,由10.26 t/hm^(2)·a先升至18.43 t/hm^(2)·a,后降至2.01 t/hm^(2)·a,中度以上侵蚀面积从2.85万hm^(2)降至0.42万hm^(2),以微度和轻度侵蚀为主。十大孔兑地区土壤侵蚀状况明显改善,尤其在2000年后,伴随大规模的生态工程建设,对区域水土流失治理发挥显著作用。

黄河流域十大孔兑水土保持生态现状和现存问题及对策探讨

黄河流域十大孔兑经过40多年的水土保持综合治理,有效减缓了水土流失现象,改善了生态环境,减少了入黄泥沙量。以1985年为基准年,通过近期野外调查十大孔兑水土流失治理现状,总结目前的治理技术、经验及现存的问题,并提出对策建议。①经过工程措施、植物措施和封育治理相结合的沟坡兼治,十大孔兑上中游丘沙区各项水土保持措施治理保存面积为565.28 km 2,上中游丘沙区治理度总体为32.79%,水土流失面积减少了50%(与2011年相比);②十大孔兑仍然生态脆弱,水土流失老问题有待进一步解决,当地群众参与积极性有待提高,林草后期管护力度明显不足;③建议今后将生态惠民措施落到实处,增加后期管护资金投入,优化不同类型分区水土保持措施配置,加大重点孔兑淤地坝建设力度,有序开展孔兑下游河道清淤工程,解决悬河与泥沙资源化利用问题,加强监测、科学研究等工作。

十大孔兑流域土地利用变化与生态系统健康耦合分析

城市化进程中土地利用/覆盖变化(LUCC)导致生态系统退化引起了人们的广泛关注,然而,十大孔兑流域内生态系统健康(EHI)的时空动态及其与土地利用的耦合关系尚未得到很好的探索。基于活力-组织力-恢复力(VOR)评估框架来评估十大孔兑流域生态系统健康水平,分析其在2000、2010、2020年的时空特征。健康水平较高的区域面积占比较大,说明十大孔兑的生态系统处于良好状态。采用生态敏感性分析法,探讨了生态系统健康对土地利用强度变化的响应。结果表明:十大孔兑流域内多数地区处于高敏感度水平,敏感性低的区域集中在北部地区;采用生态系统健康与土地利用强度的耦合协调分析,识别出生态保护和土地利用管理水平较低的区域;2000~2020年十大孔兑流域的协调程度基本保持稳定,北部地区变化较强。研究可为生态系统管理和土地利用政策的制定和实施提供有效指导。

鄂尔多斯十大孔兑生态治理研究进展与展望

十大孔兑是鄂尔多斯境内十条季节性洪水沟,多年风水复合侵蚀作用下水土流失严重,致使黄河泥沙量不断增加。基于此从生态治理角度利用Cite Space对前人研究进行可视化分析,综述了有关十大孔兑生态治理的文献数量年际变化、研究学者机构合作关系、文献关键词以及十大孔兑实施的生态治理措施等,发现对部分孔兑研究不够全面、定性研究较多,定量研究较少、缺少风沙入孔,风沙入黄复杂过程研究等问题,是未来需要加强突破的难题,这些难题的突破有助于更好的治理十大孔兑地区的生态环境。

十大孔兑风水复合侵蚀区土壤侵蚀机理与“以水定绿”型治理技术研究进展

十大孔兑是黄河上中游区典型风水复合侵蚀区,生态系统脆弱,该区的水土流失治理与生态修复对于维护黄河健康,促进黄河流域高质量发展发挥着重要作用。近年来,众多专家学者针对十大孔兑地区土壤侵蚀机理和影响因素研究方面取得了十分丰富的成果,在生态修复技术研发方面已取得长足进展。随着黄河流域生态保护与高质量发展升级为重大国家战略,对于十大孔兑水土流失治理也提出了更高的要求,在治理水土流失更需坚持“以水而定、量水而行”的原则,发展水资源高效利用模式。然而目前,该区关于“以水定绿”型水土流失治理技术的研究相对薄弱,文章以“以水定绿”为理念,以“水”为核心要素,结合前人的研究成果,对黄河流域十大孔兑区土壤侵蚀机理及以水定绿型植被建设技术进行梳理和研究,分析现有研究的不足之处以及发展趋势,为推进黄河流域绿色高质量发展提供理论支撑。

黄河流域十大孔兑野生种子植物区系组成及特征研究

由于十大孔兑所处地理位置特殊(上游为丘陵沟壑区,中游为风沙区,下游为平原区),导致其生态类型复杂多样,而植被是表观生态系统特征的重要组分。该文进行大量野外实地调查并结合文献查阅,对十大孔兑野生种子植物进行调查、统计,同时对区域内植物的种类组成、水分生态类型、生活型以及种的地理成分和资源价值进行分析。结果表明:①十大孔兑地域共有野生种子植物278种,隶属于55科,180属;其中裸子植物3科,3属,4种;被子植物52科,177属,274种。②植物水分生态类型以中生植物为主;生活型以草本植物为主,区系中种的地理成分较为复杂,以东古北极分布种最多,反映了研究植物区域生境类型多样及地域性强的特征。③植物资源价值以药用植物资源较丰富,其次是植物蛋白和氨基酸植物资源。珍稀濒危保护植物5种,其中国家Ⅱ级保护植物3种。十大孔兑位于黄河流域中上游,关乎黄河流域安全发展,而植被特征可以直接反映生态系统的稳定性,在今后对十大孔兑生态评价过程中,可以定期进行植被情况调查,据此科学地判断十大孔兑生态恢复境况,并借此完善黄河流域种子植物资源数据库。

内蒙古十大孔兑输沙量估算

定量分析内蒙古十大孔兑输沙量是分析十大孔兑对黄河干流河段造成淤积影响的前提与基础。本文充分利用现有水沙资料,采用相关性分析与频率曲线分析相结合的方法对十大孔兑年输沙量进行估计与插补,在此基础上与前人研究结果进行比较分析。研究结果表明,除50年代推算值与其他两家推算结果相差较大外,其他年代计算结果较前人成果接近,故认为本次推算方法和计算结果基本合理。

内蒙古十大孔兑水沙特性及治理措施研究

分析了内蒙古十大孔兑来水来沙特点、洪水特性以及昭君坟河段沙坝淤堵黄河情况和由此带来的洪水灾害。根据孔兑流域特性及产水产沙特点提出了治理要坚持上、中、下游统筹兼顾,综合治理的原则。上游丘陵区以沟道坝系建设、退耕还林还草恢复植被为主;中游以防风固沙和引洪放淤为主;下游以防洪为主,结合引洪放淤改造滩地。

1980年以来黄河内蒙古段十大孔兑流域土地利用变化时空特征

研究黄河内蒙古段十大孔兑(以下简称十大孔兑)流域土地利用变化,对于区域生态环境建设和水土保持效果评价有重要意义。根据1980年、1998年、2010年3期遥感影像解译的土地利用数据,采用土地利用动态变化和土地利用转移矩阵,系统分析了十大孔兑流域1980年以来的土地利用变化时空特征。结果表明:研究区以耕地、草地和未利用地为主要土地利用类型,1980年以来草地面积逐渐增加,未利用地面积逐渐减少,1998年-2010年较1980年-1998年的土地利用变化幅度和变化速度提高。1980年-1998年和1998年-2010年,土地利用转移方向主要是未利用地向低、中覆盖草地转化,低覆盖草地向中、高覆盖草地转化,中覆盖草地向高覆盖草地转化,该转化主要分布在流域的上中游,以流域东部和西部最明显。1980年-1998年间低覆盖草地向中、高覆盖草地转化比例较高,1998年-2010年间未利用地向低、中覆盖草地转化比例较高。分析认为,1980年以来十大孔兑流域城镇化水平提高,林草水保措施力度增强、成效显著,区域生态环境改善,特别是国家实施"退耕还林(草)"生态修复政策后,生态环境改善效果更为突出。

十大孔兑降雨侵蚀产沙时空分布特征及预测

采用GIS与CA-Markov模型,对十大孔兑土地利用格局及土壤侵蚀产沙的时空分布特征进行了分析,并对2030年土地利用格局及降雨侵蚀分布特征进行了模拟。结果表明:十大孔兑土地利用类型以草地和荒草地(砒砂岩)为主,以自然生态系统为主,但人工生态系统分布相对集中,对局部干扰程度较大。2000—2015年人工生态系统不断扩张,耕地和城镇建设用地面积显著增大,沙地及荒草地面积显著减小,期间约有37%的土地利用类型发生转化,城市化及当地生态绿化措施显著影响着区域土地利用格局;2015—2030年土地利用变化比2000—2015年剧烈,土地类型转化集中于沙地转变为草地及灌木林地,城市化开始影响北部区域,部分砒砂岩转变为草地及灌木林地;影响十大孔兑地区土地利用格局的主要驱动力是政策驱动下的生态修复,城市化对区域的影响在逐步增强。十大孔兑降雨侵蚀较严重,属于极强烈侵蚀,砒砂岩裸露是造成降雨侵蚀强度增大的主要因素。2000—2015年虽然平均土壤侵蚀模数减小,但是剧烈侵蚀面积显著增大。到2030年土壤侵蚀强度继续减小,减小约10.39%,侵蚀量大的砒砂岩区得到修复,但是随着城市化进程加快,北部土壤侵蚀呈加剧趋势;十大孔兑未来的治理重点是既要针对砒砂岩地区开展生态修复工程建设,又要加强对北部城市化地区的生态管控,限制城镇无序发展侵占自然生态系统。

基于DPSIR-TOPSIS模型的黄河内蒙古段十大孔兑综合治理生态环境效应评估

[目的]对区域综合治理现状进行评估,为政府制定政策提供相关理论依据。[方法]将DPSIR概念模型引入流域综合治理生态环境效应评价指标体系,并运用AHP-熵权法和TOPSIS法对黄河内蒙古段十大孔兑综合治理现状进行生态环境效应评估。[结果]十大孔兑综合治理现状评价值由高到低为:罕台川>西柳沟>哈什拉川>呼斯太河>毛不拉>木哈尔河>东柳沟>卜尔嘎色太沟>黑濑沟>壕庆河。综合效应指数呈中间高,两边低的趋势,仅罕台川等级为Ⅱ级,其他孔兑都为Ⅳ级,各孔兑整体上生态环境效应指数较低,综合治理现状较差。[结论]DPSIR-TOPSIS模型内部结构清晰,较好地解释了流域综合治理工程与环境—经济—社会系统间的内在联系,评价方法采取了主客观相结合的方法,也更为合理,为流域综合治理生态环境效应提供了一种新的方法和思路。

十大孔兑暴雨洪水产输沙关系初探——以西柳沟为例

黄河上游十大孔兑暴雨洪水引发的水土流失及洪涝泥沙灾害是当地的主要环境问题。利用实测水沙资料,建立该地区洪水过程产沙量与降雨径流指标、流量与含沙量的经验关系,并探讨了这些关系的成因。结果表明:一次洪水过程的产沙量可以表示为降雨强度或径流深的幂函数,幂指数大于1;一次洪水过程流量和含沙量呈逆时针绳套曲线关系,含沙量可以表示为流量的幂函数,幂指数小于1。掌握该地区的水沙关系和规律,可为模拟该地区降雨径流产输沙过程,控制和预防流域水土流失和洪水泥沙灾害提供一定的基础。

黄河上游“十大孔兑”高含沙洪水灾害过程与输沙特性

黄河上游'十大孔兑'沙漠流域的高含沙洪水,是该区域季节交替的风水复合侵蚀作用的结果。以'十大孔兑'流域的典型支沟苏达拉尔沟为依托,基于野外原型观测,系统深入地分析了沙漠粗沙高含沙洪水(泥流)输沙特性与致灾过程。研究结果表明:该区域的高含沙洪水,由暴雨诱发,沿程叠加风力、水力、重力等侵蚀作用产沙,最终演变为高含沙洪水(泥流)灾害。降雨强度大于0. 27 mm/min且持续35~60 min以上的暴雨,大多可诱发高含沙洪水,含沙量可高达1 400 kg/m3以上。研究结果为开展'十大孔兑'沙漠流域风水复合侵蚀模型研究打下了坚实的理论基础;为干旱半干旱区沙漠流域水土流失防控与灾害治理提供了工程参考意见;对从流域侵蚀产沙角度出发,探究黄河河道水沙变化,维护黄河健康而言,亦具有重要的参考价值。