黄河内蒙段开河期细菌群落结构特征研究

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析.结果显示:河漫滩土样细菌群落结构的分布较水样更为分散,且土样中细菌群落丰富度、均匀度及多样性均高于水体,二者多样性存在显著的组间差异;在菌门水平上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等是构成水-土样品的优势细菌门类,其中变形菌门在河水中相对丰度均值约为36.57%,在土样中则下降到25.39%,而酸杆菌门主要存在土样中,相对丰度约为14.17%;在菌属水平上, hgcI_clade(6.19%~12.75%)、CL500-29_marine_group(2.97%~5.05%)和Acinetobacter(0.74%~12.24%)是水体中的优势菌属,而norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96(1.95%~4.91%)、 norank_f__norank_o__Vicinamibacterales(2.35%~4.67%)和norank_f__Gemmatimonadaceae (2.20%~4.73%)是土样中的优势菌属;不同菌属对水-土细菌群落结构的响应并不一致,其中分别归属于酸杆菌门和芽单胞菌门的norank_f__norank_o__Vicinamibacterales及norank_f__Gemmatimonadaceae等是联系水-土细菌群落的主要菌属,而归属于放线菌门的hgcI_clade和CL500-29_marine_group等是造成水、土优势菌门存在差异的主要菌属;虽然土样较水样拥有更大的生态网络结构,且Delftia、Candidatus_Methylopumilus、Arthrobacter和Rb41等是维持黄河内蒙段水、土介质生态网络结构的关键菌属,但相较于土样网络结构,水体网络结构中不同模块关键菌门及菌属间的生态功能较为一致.

开河

上世纪60年代末,大学毕业生必须先到农村劳动锻炼。我从北京毕业后到内蒙古临河县劳动一年,就地分配到县里工作。想不到,还没有打开行李,就直接受命带民工到黄河岸边去防凌汛。“凌汛”是北方河流解冻时的专用名词,我也是第一次听到。特别是气势磅的黄河,冰封一冬之后:在春的回暖中慢慢苏醒,冰块开裂,漂流为凌,谓之开河。

春季河道武开河与文开河的判别准则初探

根据春季河道武开河初始发生时的边界约束条件,提出以开河期水位增值作为河道开河方式的判别准则。对于某一特定河段,存在一个高于稳封期最高水位的水位增长值,该值可作为区别武开河与文开河的临界值,其大小近似与稳封期冰盖体最大厚度成正比。应用黄河昭君坟水文站原型观测资料对所提出的判别准则中的参数进行率定,使该准则可以用于河道武开河或文开河的判别。

基于3S的小开河灌区农业灌溉需水量预测研究

土壤含水率的空间分布是影响农业灌溉决策的关键因素。采用3S技术对灌区的土壤含水率空间分布进行探索,以土壤含水率为预报对象,结合作物生长情况和气象预报,以田间水量平衡方程为理论基础,利用土壤含水率预测灌区农业灌溉需水量。结果表明:小开河灌区5月下旬的预测需水量为621.77万m^(3),与灌区的统计数据一致,基于3S的灌区农业灌溉需水量预测技术可实现灌区的精准灌溉。

利用水位变化的黑龙江开河方式和开河日期预报

天然河道发生武开河时容易产生冰塞冰坝,造成凌汛灾害。在分析破冰水位和实测日水位的基础上,提前准确预报开河方式和开河日期并及时采取相应防范技术,是防凌减灾的一项重要非工程措施。基于冰盖挠度破坏原理,在利用水位变化判断开河模式的研究基础上将一维冰厚模型的度日法进行优化,计算河道冰厚变化,预报2015-2018年黑龙江开河方式及开河日期。结果表明:开河日期预报除2017年预报值和实测值误差1天,其余年份均完全相同;开河方式预报除因2018年开河水位过低导致水动力不足影响到预报的准确度外,其余年份预报值和实测值相同。

新开河流域土地利用格局变化及其生态学意义

基于利用不同时期的地形图和TM遥感数据,运用ARC/INFO软件,以马尔柯夫空间概率模型为基础,对新开河流域的土地利用格局变化及驱动因素进行的分析,论证新开河流域土地利用结构日趋不合理:不仅林地占地最小,而且土地盐碱化、沙化严重,草地退化严重,生态环境质量整体向恶化方向发展,分析了生态环境恶化的原因,探讨了土地利用格局变化的生态学意义,提出了治理措施和方法。

开河期冰盖纵向冰缝形成机理

春季河道武开河可能导致冰坝形成,至今仍缺乏以力学机制为基础的开河预测方法。春季河道径流增加导致与岸壁冻结的冰盖底部产生上举力,并引起纵向冰缝产生。利用力学分析中弹性基础上的梁理论对开河期冰盖纵向冰缝形成机理进行了研究,提出了纵向冰缝间距解析表达式,可用于开河期冰盖断裂预测。应用原型观测资料对提出的纵向冰缝间距理论表达式进行了验证分析。研究结果表明,开河期纵向冰缝间距计算值与实测值吻合较好。

新开河流域湿地景观格局动态变化过程研究

论文利用遥感和GIS技术手段,运用土地利用转移矩阵和景观格局指数的模型,对新开河流域湿地近33年(1969—2001年)景观格局的动态变化过程进行了定量分析。结果显示:①随着流域人口的增加、土地利用活动的加强和水文条件的变化,新开河流域湿地不同程度地转化为草地、耕地、沙地和盐碱地,植物群落发生逆向演变。期间湿地总面积经历了大幅度减少到显著增加的落起过程;②新开河流域湿地景观破碎化严重,2001年沼泽地平均斑块面积、最大斑块面积、最大斑块周长较1969年分别减少了71.02%、71.08%、64.76%,景观破碎化指数由0.78上升到0.93。有关研究成果可为该流域湿地保护及其合理利用提供科学依据。

开河期冰坝预测方法研究进展

对国际上现有各种冰坝预测模型进行分析比较,并讨论了各自的优缺点。认为现有的大多数模型是针对某一特定河段建立的,没有一种模型具有明显优势;各种模型的预测结果均具有较大取伪误差,模型中参数选择具有任意性。提出了进一步的研究方向:为了减小预测误差,应增加模型中的变量,并采用统计方法如逐步回归法确定模型变量;为了评价预报结果的可靠性,应对预测误差(包括取伪误差和弃真误差)进行定量分析;对冰坝形成及溃决的机理应进行深入研究。

开河期冰盖横向冰缝形成机理

春季随着流量或水位增加,冰盖底部受水流上举力作用发生弯曲,首先在岸壁附近形成纵向冰缝,破坏冰盖与岸壁的冻结,导致冰盖体中间部分与岸壁脱落分离。采用弹性基础梁的理论及计算方法,通过对冰盖体弯矩及弯曲应力分析,针对平面弯曲和垂直弯曲两种弯曲形式导致冰盖体横向冰缝形成机理进行了研究,并提出了横向冰缝间距的计算表达式。计算结果得到了实测资料的验证。研究结果表明,横向冰缝间距与开河初期冰盖宽度、厚度、冰的抗弯强度及地貌特征有关。

黄河内蒙古段开河日期预报模型及应用

对黄河内蒙古段的冰情特点进行分析,选用1970—1971年度至2007—2008年度共38个冬季的冰情资料,提取合适的预报因子,分别采用人工神经网络模型和多元线性回归模型,对黄河内蒙古段的开河日期进行预报。结果表明,神经网络模型和多元线性回归模型预报样本合格率分别为86.7%和80.0%,神经网络模型的预报精度高于多元线性回归模型,更适用于黄河内蒙古段开河日期预报。

武开河的边壁阻力判别准则

春季河道武开河可能导致冰坝形成,但至今仍缺乏以力学机制为基础上的开河预测方法.根据水动力学及固体力学基本理论,提出了以河道纵向冰缝处冰层残余抗剪强度为基础的边壁阻力判别准则,可用于武开河的开河预测.应用黄河河曲段1987年和1988年冬季原型观测资料对纵向冰缝处的残余抗剪强度进行了分析研究,并进而提出了其临界值.观测资料包括开河日期,河道宽度,流量及冰盖厚度.结果表明,初始开河期冰缝处的剪切应力年际变化不大.

小开河引黄灌区泥沙资源的合理利用与优化配置

泥沙问题越来越严重地影响到引黄灌区的建设与发展。本文以小开河引黄灌区为例,对小开河灌区的远距离输沙技术进行了探讨,研究了泥沙利用方式与泥沙空间分布规律的关系。提出了引黄灌区泥沙资源的合理利用与优化配置途径。

水力与热力耦合的开河判别准则

寒带河流在春季往往会由于水力和热力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。这一现象会导致冰坝形成,造成巨大的自然灾害。通过冰盖断裂机理的力学分析,耦合热力对冰盖材料性质的影响,提出了一种开河判别方法。应用黄河河曲段实测原型资料进行验证分析,结果表明该准则判定结果与实际相符,是一种行之有效的判别准则。

包神铁路黄河大桥冰凌开河期实体模型试验

为了研究包神铁路黄河大桥建成后在冰凌开河期对冰凌水体的壅高程度,基于冰流重力相似、冰流阻力相似、冰流量相似、浮冰运动相似等冰凌运动相似原理,采用添加少量石膏粉的石蜡作为模型冰,进行实体模型试验。试验结果表明:将模型冰块制作成不规则形状能够较好地模拟桥梁附近的卡冰现象;当开河流量为1200m3/s、冰流密度为80%时,拟建桥梁、现状桥梁工况的上游水位壅高值分别为1.36m和2.21m;拟建桥梁的主跨比现状桥梁增加了近1倍,桥位断面排冰过流能力大大增强。

入田泥沙对黄河三角洲地区土壤物理性状的影响——以小开河引黄灌区为例

为研究入田泥沙对小开河灌区自然土壤的影响,用分析化验和工程测试等方法,分析了引黄泥沙和输沙入田后土壤颗粒组成、容重、孔隙状况等物理性状。结果表明:引黄泥沙中0.02～0.002mm的细粉粒比例最高,平均39.31%。小开河自然土壤中0.05～0.02mm的粗粉粒比例最高,为53.41%,泥沙中细粉粒和粘粒含量明显高于当地土壤。输沙入田使灌区土壤中0.02～0.002mm的细粉粒和﹤0.002mm的粘粒比例明显增加,>0.02mm的颗粒比例下降,虽有效避免了因渠首集中沉沙造成的土壤沙化和生态环境恶化,但增加了土壤的粘重程度。农田耕作在一定程度上增加土壤通气孔隙比例、降低土壤容重,但土壤毛管孔隙度依旧稳定在40%左右,毛管作用旺盛,使土壤通气状况不能满足作物需求。在黄河三角洲地区输沙入田的泥沙处理,应结合当地土壤的基本性质和水盐运动规律配置泥沙,以免增强当地土壤紧实、通透性差的性状。

模糊优选神经网络BP模型在黄河内蒙段封开河预报中的应用

黄河内蒙段地处黄河流域最北端,由于它特殊的地理位置、水文气象条件、河道特性,几乎年年发生凌汛。在分析凌汛成因影响因素的基础上,选取合适的预报因子,基于模糊优选神经网络BP模型,对黄河内蒙段封河、开河日期进行样本训练和预报方案验证。预报结果表明,模糊优选神经网络冰凌预报模型计算简便,精度良好。

小开河灌区引黄入田泥沙的土壤环境效应

黄河水含沙量大,使引黄灌区在引水的同时也引进了大量泥沙,引黄泥沙既是引黄灌区各种生态环境问题产生的主要根源,也是重要的、有待深入研究开发的自然资源。本文根据对小开河引黄灌区的土壤调查、分析化验与多年工程测试研究等资料,深入分析了通过远距离输沙与浑水灌溉后,引黄入田泥沙对灌区土壤颗粒组成、土壤容重、土壤有机碳及养分状况等方面产生的影响,提出了既有利于引黄泥沙处理,又可以稳定和提高引黄灌区土地质量的具体措施。为引黄灌区合理配置水沙资源,解决灌区引黄泥沙与生态环境恶化问题提供科学依据。

武开河的边界约束判别准则

根据封冻河道春季冰盖破裂机理，采用弯曲河道边界约束概念，提出可用于预测武开河发生的判别准则，并对其适用性进行了论证。应用黄河河曲段1985—1994年的原型观测资料对该判别准则进行验证，结果表明该准则可以较好地用于河道武开河的判别。

基于BP神经网络的流凌开河日期预报模型应用

依据开河机理,结合松花江某水文站的历史资料,建立了该站开河日期预报的BP神经网络模型.应用Levenberg-Marquardt算法改进了BP算法,采用循环递进的方法建立了实用预测模型.经实际流凌开河日期预报的验证表明,循环递进方法建立的实用预测模型能充分利用预报因子的信息和神经网络方法的非线性映射能力,预测精度高,合格率为100%.