黄河流域西柳沟中游输沙势及风沙入黄量估算

以十大孔兑之一的西柳沟风沙区为研究区,通过野外监测与室内分析相结合,对研究区风况和输沙势特征进行分析,同时开展风沙流活动观测,测定流域两岸不同下垫面输沙通量,再通过函数拟合法科学估测风沙入黄量.结果表明:(1)研究区属于中等风能环境区,年均起沙风风速为6.41m/s,年均起沙风频率为17.85%,最大风速为11.37m/s;(2)不同时间尺度合成输沙势方向趋于一致,均以偏东南方向(SE,SSE)为主,年方向变率指数属于中等变率,年合成输沙势方向(RDD)为SSE方向,直接导致大量沙物质输入河道;(3)不同下垫面垂向输沙通量存在显著差异,流动沙地、半固定沙地和固定沙地风沙入黄量占比分别为77.09%、15.30%和7.61%.流域地表输沙率垂线变化表明不同下垫面总输沙率与风速均呈较好的指数函数关系,因此利用输沙率(q)、起沙风时长(h)与断面长度(d)之间关系,估算西柳沟流域年均风沙入黄总量约为8.09×10^(5)t/a.本文旨在探究西柳沟流域不同下垫面输沙率与风速两者之间耦合关系,为风沙入黄防治工作提供数据基础,从而降低风沙问题对黄河流域造成的安全隐患.

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。

西柳沟流域近期水沙关系变化特征分析

根据1960—2010年实测水文资料,对黄河内蒙古段西柳沟流域近期水沙关系的变化特征进行了分析。结果表明:1990—2010年与1960—1989年相比,流域年降水量增大,但暴雨有所减少;来水来沙具有水少沙多、年际变化大、年内分配极度不均等特点;流域最大1 d降雨对产流产沙的影响很大,洪水期降雨产洪变化率指数为0.525 7~2.683 8,降雨产沙变化率指数为0.613 6~2.136 3;流域高含沙水流的侵蚀产沙作用非常强烈,洪水泥沙关系式的幂指数约为1.0,场次洪水多年平均含沙量为612.6 kg/m^3。同时,给出了西柳沟流域形成沙坝淤堵黄河干流的暴雨洪水泥沙阈值。

黄河上游西柳沟流域水土保持治理及水沙置换初步探讨

西柳沟流域属鄂尔多斯市,是水土流失严重的地区,水土保持治理工作进展缓慢。随着鄂尔多斯社会、经济的快速增长,水资源短缺已成为制约当地经济、社会发展的屏障。受农业向工业实施水权转换的启发,由当地政府牵头、企业投资3.8亿元,在流域内修建淤地坝180座,拦截泥沙321万t。经数学模型计算和实测资料分析,工程实施后黄河干流河道减淤226万t;可置换下游河道输沙用水量2 573万m3。节省的输沙水量用于当地的工业发展。

2016年黄河西柳沟“8·17”暴雨洪水分析

2016年8月17日,黄河西柳沟发生了历史罕见的大雨强、大雨量、长历时的降雨过程,龙头拐站产生了历史第5大洪峰流量、第2大次洪洪量的洪水过程。与洪峰流量居历史前3位的大洪水相关特征平均值进行对比可知,本次洪水在暴雨中心降雨量偏大102.4%,暴雨中心1 h、2 h降雨量分别偏大61.3%、42.5%的条件下,洪峰流量偏小51.6%,径流系数偏小13.0%,次洪沙量偏小77.8%,平均含沙量偏小88.5%。分析认为,本次洪水洪量、沙量偏小的原因为流域下垫面条件发生了变化。

西柳沟河床泥沙组成分析

为研究西柳沟泥沙来源及沿程输移情况,在西柳沟干流河床取样并进行了颗粒分析。结果表明:西柳沟河床组成沿程可分为3段,从上游向下游分别为丘陵区、沙漠区和平原区,相应中值粒径从大向小过渡,其中丘陵区粒径从大到小衰减迅速,经过沙漠区继续细化,到冲积平原区趋于稳定,中值粒径从上游的2 mm以上变化到下游的平均0.157 mm;从不同河段的粒径组成看,粒径大于0.5 mm的泥沙在丘陵区占70%以上,到平原区基本消失;沙漠区河床处于过渡带,粒径变化较大;平原区河床中0.1~0.25 mm的泥沙约占62%,0.1 mm以下的泥沙含量显著增大;洪水携带的泥沙沿程分选细化,大砾石主要落淤在上游丘陵区,部分经过沙漠区进一步调整,到下游平原区河床组成受沙漠沙影响较大。

2016年“8·17”暴雨西柳沟土壤侵蚀产沙量分析

内蒙古“十大孔兑”之一的西柳沟流域土壤侵蚀十分严重,是黄河粗泥沙的重要来源区。发生在2016年8月的“8·17”暴雨的中心区域在西柳沟流域中上游,为了解“8·17”暴雨洪水过程中的土壤侵蚀和产沙情况,利用淤地坝实测淤积资料和通用土壤流失方程分析计算了西柳沟龙头拐水文站以上流域的坡面侵蚀产沙量、沟道侵蚀产沙量和土壤侵蚀强度等。结果表明:“8·17”暴雨洪水中流域侵蚀产沙总量为893.80万t,其中坡面产沙量为477.56万t、沟道产沙量为416.24万t,平均侵蚀强度为7672.10 t/km^2,淤地坝拦沙量380.80万t,龙头拐水文站输沙量为539.00万t。该次暴雨洪水的侵蚀强度和侵蚀产沙量与历史典型暴雨洪水的相比明显变小,说明近年来西柳沟流域水土保持措施取得了显著效果。分析表明,沟道是西柳沟流域侵蚀产沙的重要地貌部位,淤地坝在该次暴雨洪水中发挥了重要的拦沙作用。

西柳沟丘陵区土壤组成及对流域产沙的影响

为进一步了解和认识不同地貌单元组成土壤对流域产沙的影响,选择西柳沟为典型流域,针对地表物质分布开展现场调研取样,分析西柳沟丘陵区坡面土壤组成以及不同土壤产沙对流域输沙的影响。运用泥沙动力学理论,利用河道断面资料和泥沙参数,结合流域的洪水输沙特性,求出相应条件下西柳沟流域出口段河流悬沙上限粒径值为0.12 mm。在一般洪水条件下,西柳沟丘陵地区粗骨土、栗钙土进入黄河的比例分别为18%、20%。

风水两相侵蚀条件下流域泥沙粒径分布分形维数特征——以黄河上游内蒙古段西柳沟为例

[目的] 研究在风水两相侵蚀条件下流域泥沙粒径分布分形维数特征，为风水两相侵蚀产沙和高含沙水流侵蚀产沙的治理等问题的研究提供理论和试验依据。[方法] 选取位于黄河上游内蒙古段的西柳沟流域为例，采集沉积物表层样，利用激光粒度仪对43个样点的泥沙粒度组成进行分析，采用分形理论，结合方差分析以及K均值聚类法进行分析和研究。[结果]（1）不同沉积环境下泥沙粒径分布分形维数不同，以水力侵蚀为主的丘陵沟壑区分形维数平均值最大，为2.48；以风力侵蚀为主的沙漠区分形维数平均值最小，为1.95。（2）对于西柳沟流域，泥沙颗粒组成中粒径在0.05 mm以下的含量越高，粒径越离散，分维值越高；粒径在0.05~1 mm之间的颗粒含量越高，分形维数越低；粒径在1 mm以上的颗粒含量与分形维数关系不明显。相对来说，粉粒含量对于分形维数的影响大于黏粒含量。[结论] 地貌条件主要影响的是河床样的泥沙粒径组成，产沙层土样的颗粒组成不受地貌条件的影响，河滩样的泥沙粒径组成受地貌条件和沉积环境的双重影响。

西柳沟流域洪水极值演变特征及归因分析

近年来受全球气候变化和人类活动的影响,流域洪水特征也发生了变化,查明流域洪水极值变化特征及趋势是流域治理的重要内容。以西柳沟流域为研究对象,应用Mann-Kendall秩次检验法分析流域出口控制站龙头拐水文站年最大洪峰流量序列的变化趋势,研究流域洪水极值的统计特征,同时从降雨和下垫面变化两个方面分析流域洪水极值变化的原因。结果显示:1960—2015年西柳沟流域年最大洪峰流量呈现显著的减少趋势,突变年份在2005年左右;对于年最大洪峰流量序列,突变后年最大洪峰流量与突变前的有显著差异,对于全部序列和突变前序列,Burr分布都是最优拟合分布函数;与突变前序列相比,对于相同洪峰流量,采用全部序列数据拟合的最优分布函数计算的重现期大于突变前序列对应的重现期,大洪水出现的概率变小。通过对流域内洪峰对应的1日及3日降雨和下垫面变化进行分析发现,降雨变化不是导致流域洪峰流量发生变化的主要因素,植被恢复及淤地坝建设改变了流域下垫面情况,成为造成流域洪峰流量显著减少的主要原因。

西柳沟暴雨洪水输沙分析

以西柳沟流域为研究范围,分析2016年8月17日暴雨、洪水和泥沙特点,并以1989年之前为基准年,对降雨产流产沙关系进行对比分析,建立了径流输沙与不同雨量级累计雨量的关系,分析了泥沙来源。结果表明:大暴雨的产洪产沙作用远大于一般暴雨,流域下垫面的变化对产沙有重要影响,在相同降雨条件下,本次降雨形成的洪峰和沙峰及沙量明显偏小,其中流域林草植被覆盖率的变化起重要作用,淤地坝的拦截作用减少了进入中下游的泥沙,削弱了洪水的输沙作用,控制站的输沙量约20%来自沙漠补给。

黄河上游西柳沟流域水沙置换模式的初步研究

以西柳沟为代表的十大孔兑位于内蒙古鄂尔多斯市,是造成黄河宁蒙段及黄河下游河道淤积的主要泥沙来源区。随着经济发展,水资源短缺已经成为限制鄂尔多斯市经济社会进一步发展的主要因素,受农业水权转换思路的启发,当地提出水沙置化的思路。即由企业投资3.8亿元,在流域内修建淤地坝180座,通过节约黄河输沙水量,换取用水指标,解决企业严重缺水的的问题。经研究表明,西柳沟水沙置换项目可拦截泥沙310×104t,黄河干流可减淤95×10~4t,置换黄河下游冲沙用水2 850 t,具有良好的经济,生态,社会效益。若能处理好水资源统一分配框架下的黄河水权分配的问题,则西柳沟水沙置换项目是一举多得的有益探索与尝试。

内蒙古西柳沟流域致洪暴雨特征分析

以西柳沟流域实测降雨、径流资料为基础,分析了发生黄河干流淤堵时流域致洪暴雨的历时、强度、暴雨中心分布等特征。结果表明,西柳沟流域致洪暴雨特征可大致概括为三方面,即全流域范围内普降暴雨、前期连续性降雨、以中游高头窑为暴雨中心的空间分布格局。该研究成果可为黄河宁蒙河段水资源合理调度及重大灾害预测预警提供重要参考。

内蒙古西柳沟入河口流路变迁分析

在内蒙古西柳沟入汇口河段,河口位置逐年向南退缩,50余年约南移455 m,向上游摆动约266 m。从来水来沙情况看,干支流高含沙洪水相互作用,是导致汇流区干流淤堵的重要影响因素,尤其是西柳沟遇到高含沙洪水时,干流入汇区出现高水位;同时,西柳沟流域复杂的地质地貌地形条件和干流洪水泥沙相互作用的结果,不利于西柳沟水沙顺利入汇黄河干流,产生大量泥沙淤积,在干支汇流区附近形成沙坝。针对西柳沟汇流区淤堵所形成的危害,需采取工程措施、上游水库调控和建立洪水水文预报预警系统,以应对因西柳沟洪水泥沙所产生的灾害。

西柳沟流域拦沙坝沟道冲刷减蚀能力模拟

为探讨风水交错侵蚀区拦沙坝建设对流域沟道侵蚀动力过程及沟道冲刷侵蚀能力的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE以及一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了西柳沟流域洪水过程,分析了新建拦沙坝建设前后流域沟道侵蚀动力变化,通过建立流域次暴雨水沙响应模型估算了新建拦沙坝工程运行期内的沟道冲刷减蚀能力。结果表明:(1)拦沙坝建成后,流域出口处洪峰流量减少40.90%,洪水总量减小35.85%,显著改变了西柳沟流域洪水过程,洪水过程线明显坦化;(2)流域主沟道平均最大流速、最大径流剪切力和最大径流功率分别减小21.66%,22.02%和34.31%,有效降低了沟道侵蚀动力;(3)在多年平均降水情况下,预计流域新建拦沙坝工程在25年工程运行期内的冲刷减蚀能力可达到3 309.49万t。研究结果可为风水交错侵蚀区拦沙坝减蚀能力评估提供理论支撑。

内蒙古西柳沟流域黄土丘陵沟壑区坝系工程规划及减沙效益分析

针对鄂尔多斯十大孔兑之一西柳沟的水沙危害现状,提出了流域内丘陵沟壑区坝系工程规划,并进行了减沙效益分析。

西柳沟流域近30年水土保持综合治理减沙效益分析

文章以内蒙古十大孔兑之一的西柳沟为研究对象,利用研发的分布式土壤流失过程模型,分析了西柳沟近30 a综合治理效益,量化了各项水土保持措施减沙贡献率,为全面认识十大孔兑水土保持综合治理措施的减沙效益,未来制定治理规划提供了科学依据和技术支撑。

西柳沟流域近期水沙变化归因分析

根据1960～2010年实测水文资料和水土保持治理实地调查资料,以1989年作为流域治理前后的分界年,对黄河内蒙古段西柳沟流域水沙变化对下垫面治理的响应进行了归因分析。首次提出＂降雨产流产沙力＂的概念,发现流域产流产沙量与降雨产流产沙力关系最为密切。通过构建基准期降雨产流产沙力经验模型,进行流域水沙变化＂水文法＂分析;采用＂指标法＂计算了流域梯田、林地、草地、坝地和封禁治理等水土保持措施的减水减沙量。计算结果表明：1）西柳沟流域1990～2010年因水土保持综合治理等人类活动年均减水303万m^3,因降雨影响年均减水369万m^3,人类活动与降雨影响权重之比为45%：55%。1990～2010年因水土保持综合治理等人类活动年均减沙121万t,因降雨影响年均减沙209万t,人类活动与降雨影响权重之比为37%：63%。2）截至2012年西柳沟流域水土保持措施年均减水337.3万m^3,年均减沙106.6万t;在各项措施中林地的减水减沙贡献率均为最大,分别达到73.2%和66.2%。3）西柳沟流域水土保持综合治理应以工程措施为主,突出生态建设,实施分区治理。坝系建设应该是今后治理的重中之重。

基于SWAT的内蒙古西柳沟孔兑径流模拟研究

使用SWAT模型对内蒙古十大孔兑之一的西柳沟流域进行了径流模拟,并使用SWAT-CUP结合SUFI-2算法进行了参数敏感性分析、参数率定、模型验证。研究结果表明:率定期和验证期线性拟合系数R2,Nash-Sutcliffe效率系数分别均超过了0.6和0.5,说明SWAT模型在西柳沟流域具有一定的适用性。比较模拟径流和实测径流的水文过程线,发现模拟径流在夏汛时期模拟效果较好,春汛及其他降雨较少的月份模拟效果较差,原因可能是西柳沟流域处于干旱半干旱地区,降雨时空分布不均且其流量较小,除汛期外,其它月份流量都小于1m3/s。为更好地模拟该流域的径流,SWAT模型仍有待改进。

近51年西柳沟流域水沙变化特征分析

选取1960-2010年西柳沟流域降水、径流与输沙资料,采用滑动平均法、Mann-Kendall趋势分析及突变检验法、滑动t检验方法及距平法等方法,分析了西柳沟流域近51年水沙的变化趋势和突变。趋势分析表明,降水量年际变化呈缓慢的上升趋势,径流量与输沙量年际变化呈显著下降趋势。突变分析表明,降水量序列没有出现突变,径流量与输沙量序列在下降过程中出现突变,但突变年份不一致,径流量发生在2004年,输沙量发生在2000年。