基于多源数据融合产品的黄河中游多沙粗沙区耕地时空动态变化

[目的]黄河中游多沙粗沙区是我国典型的生态脆弱区,准确量化该区耕地时空动态变化对评估区域粮食安全、生态修复效益、水土流失状况及黄河下游安澜等都具有重要意义。[方法]基于5种30 m高分辨率土地利用/覆被数据集产品(CNLUCC、GLC_FCS30、CLCD、AGLC-2000-2015、GlobeLand30),运用耕地利用动态度、偏差系数、转移矩阵、空间一致性分析等方法对比分析多源产品耕地在多沙粗沙区的时空特征,形成30 m分辨率高精度融合数据集产品,并对其进行验证,在此基础上基于融合产品分析1990-2020年黄河中游多沙粗沙区耕地的数量、分布、结构特征。[结果]现有多源数据集产品之间耕地特征存在较大差异,而融合产品精度均优于单独使用5种现有产品。基于融合产品分析发现,1990-2020年耕地面积呈先增加后波动式降低的趋势,退耕还林(草)工程实施为分界线;1990-2020年耕地面积净减少3170.59 km^(2),减少17.63%,且>15°的坡耕地面积占比逐年减少;耕地的动态转移类型主要为草地,其次为人工地表。退耕还林(草)等生态工程的实施和城镇化建设是导致耕地减少的主要原因。[结论]综合分析多源产品的优劣,基于目标地类融合和解释多源数据探究的有效方法,以深入研究某区域的地类特征,从而获得更为精确的研究结论。

基于转移矩阵的准格尔旗土地利用变化分析

[目的]土地利用是影响水土流失变化的重要因子,通过分析准格尔旗土地利用类型动态变化情况,掌握该区各土地利用类型变化去向,为分析该区水土流失状况提供依据。[方法]采用土地利用转移矩阵方法研究准格尔旗土地利用变化特征。[结果]2014—2016年,准格尔旗各土地利用类型变化不显著,表现为林地、草地、水域及水利设施用地占地面积分别减少16.02,12.66和2.48km^2,居民点及工矿交通用地、其他土地、耕地的占地面积分别增加18.63,10.53和1.72km^2;该区水土流失面积增加70.8km^2。[结论]准格尔旗减少的林地和草地主要转变为居民点及工矿交通用地和其他土地。结合水土流失数据分析表明,该区域水土流失面积的增加与林地和草地面积减少,以及林地和草地植被覆盖度的变化有关。

黄河中游多沙粗沙区近期水沙动态变化分析

以黄河中游多沙粗沙区1956—2004年为基准期,2005—2010年为监测对比期,对该区近期的降水量、径流量、输沙量的变化特征进行了分析。结果表明:与多年均值相比,监测期年均降水量增加了3.9%,而年均径流量减少了48.2%,年均全沙输沙量和d≥0.05 mm、d≥0.1 mm的粗泥沙输沙量分别偏少了85.9%、90.8%和93.0%。近期该区降水量呈现微弱的增加趋势,而径流量和输沙量呈现减少趋势,原因主要是监测期内该区没有发生大范围和高强度暴雨,加之退耕还林还草和封禁措施的实施,区域生态环境已明显改善。

黄河粗泥沙集中来源区输沙模数研究

黄河粗泥沙集中来源区输沙模数是淤地坝拦沙库容规模设计最重要的参数。受人类活动影响,1970—2007年实测多年平均输沙模数明显偏小,必须对其还原修正后方可应用于工程设计。采用长短系列对比分析法分析黄河粗泥沙集中来源区各水文站长系列(1954—2007年)实测多年平均输沙模数较短系列(1954—1969年)变化情况,并对长系列输沙模数进行还原,得出还原后黄河粗泥沙集中来源区多年平均年输沙总量和年输沙模数分别为3.19亿t、1.7万t/(km2.a),介于短系列和长系列实测值之间,多年平均年还原量为0.64亿t。

用边际分析法确定黄河中游粗泥沙集中来源区

为进一步寻找并治理对黄河下游主槽淤积危害最严重的粗泥沙集中来源区,根据1960年未建三门峡水库前自然水沙条件下下游河槽淤积物粒径组成,确定出黄河中游粗泥沙集中来源区界定中的粗泥沙界限为0.1 mm。利用边际分析法在黄河中游多沙粗沙区确定粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,可产生的全沙、粒径大于0.05 mm和0.1 mm的泥沙分别占同期多沙粗沙区相应沙量的34.5%、47.6%和68.5%。由此看出,该区是名副其实的粗泥沙集中来源区。

基于WebGIS的水土保持信息系统设计与实现

介绍了WebGIS的概念及其软件特点,分析了ArcIMS的体系结构及其运行机制,以黄河中游多沙粗沙区为例,通过利用GIS及其相关技术,特别是WebGIS技术(ArcIMS、ArcSDE)的应用,建立了一个基于WebGIS的黄河中游多沙粗沙区水土保持电子地图信息系统。

黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程布局

利用黄河粗泥沙集中来源区水文、地质研究成果以及实地调查和勘测资料,采用典型分析和综合对比分析的方法,依据现行规范和规定,以及提出的工程布局原则,通过对典型小流域建设目标分析、单坝工程设计、布局方案设置、控制面积对比、防洪能力对比、拦沙能力对比、淤地面积对比等,论证确定每条典型小流域中小型拦沙坝布局与规模成果。利用典型小流域布局成果,确定黄河粗泥沙集中来源区布置拦沙坝10 165座,其中中型拦沙坝1 995座、小型拦沙坝8 170座。

黄河粗泥沙集中来源区洪水泥沙阶段变化研究

黄河粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的核心区域。根据建站至2016年黄河中游粗泥沙集中来源区皇甫川、窟野河、孤山川、秃尾河、佳芦河、大理河和延河等支流次暴雨洪水泥沙资料,以支流为分析单元,通过Pettitt检定法把各支流划分为早期、中期和近期三个时段,按照暴雨洪水和暴雨泥沙的关系分析了区内各支流的变化特征。结果表明:各支流中期和近期时段不完全一致,这主要是与支流下垫面治理有关;按照支流入选标准在研究区内各支流中共选取486场洪水参与计算,对建立的暴雨洪水和暴雨泥沙关系进行分析得出,与早期下垫面相比,中期和近期所表现出来的减洪减沙比例不尽相同,总体上次洪径流量中期减少1/3、近期减少3/4,次洪输沙量中期减少2/5、近期减少9成以上,减沙比例大于减洪比例。

黄河中游多沙粗沙区治理对黄河水资源的影响

黄河中游多沙粗沙区地表水含沙量极高,减少这一地区进入黄河的泥沙极其重要。多沙粗沙区的地表径流量为31.18亿m3,扣除泥沙后的清水资源量为28.21亿m3。各治理区特别是一期治理区,对黄河产水的负效应远小于减沙的正效应。对黄河中游多沙粗沙区实施治理,会减少入黄水量,但同时能减少入黄泥沙,因拦减泥沙而节约下游输沙用水使黄河增加的可用水量远大于措施本身的拦减水量。治理程度越高,拦沙比例越大,相对节约的水资源量越多。在同一减沙比例下,因减少输沙用水而相对“增加”的水资源量,一期治理区大于二期治理区,二期治理区大于三期治理区。

黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究

通过黄河下游多断面、多钻孔、深层次泥沙淤积物取样级配分析,认为在1960年三门峡水库运行前,下游河道主槽淤积物中0.1 mm以上泥沙占一半。以0.1 mm为粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限,0.1 mm的粗泥沙输沙模数1 400 t/(km2.a)为粗泥沙集中来源区界定指标,界定出黄河中游粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该区面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积(7.86万km2)的23.9%,但该区产生的全沙量、d≥0.05 mm和0.1mm的粗泥沙量分别占多沙粗沙区相应输沙量的34.5%,47.6%和68.5%,说明该区是名符其实的产粗泥沙“大户”,是当前黄河粗泥沙“源头”治理的重中之重。

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1873.55 t/(km^(2)·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km^(2),说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。

黄河中游多沙粗沙区基础边界数据集

黄河中游粗泥沙集中来源区是对黄河下游河道主槽危害最大的地区,通过界定具体范围,有针对性地加强区域水土流失治理,是减少下游河道泥沙淤积的关键所在。本数据集是在黄河中游多沙粗沙区、粗泥沙集中来源区界定研究成果基础上,采用人工目视解译方法提取黄河中游多沙粗沙区、多沙粗泥沙集中来源区边界矢量数据。本数据集包括黄河中游多沙粗沙区区界和粗泥沙集中来源区边界矢量数据,基本反映了黄河中游多沙粗沙区、粗泥沙集中来源区的具体位置,可作为黄河中游水土流失治理的基础数据支撑。

黄河中游多沙粗沙区治理对黄河水资源的影响

黄河中游多沙粗沙区,特别是粗泥沙集中来源区的水土流失是黄河泥沙,特别是粗泥沙的主要来源,强化对该区的治理是减少入黄泥沙,特别是粗泥沙,效果最为明显,通过综合治理,在减少入黄泥沙的同时,也必然要减少入黄水量。但应看到,因减少了入黄泥沙,特别是粗泥沙,也会减轻下游河床淤积,因而减少了为维持下游"河床不抬高"而消耗的输沙用水量。研究表明,多沙粗沙区,特别是粗泥沙集中来源区治理程度越高,所节约的输沙水也越多。可以说,加强该区治理,可间接为黄河"增加"水资源。