流凌封河预报指标法及其在黄河内蒙古河段的应用

把流凌封河累积负气温作为黄河内蒙古河段封河预报关键指标,明确累积负气温与封河流量、降温强度、河槽形态等的关系,确定现有河槽形态以及海勃湾水库运用影响下不同流量和降温强度封河所需的累积负气温,并建立了流凌封河累积负气温预估公式。指标法可以在很大程度上提高黄河内蒙古河段封河预报的预见期与精度。

植被NPP时空变化及其对气候变化的响应——以黄河内蒙古段为例

研究黄河内蒙古段植被净初级生产力(NPP)时空变化特征及其对气候变化的响应,为黄河流域环境保护、生态修复等提供科学依据。基于MOD17A3和气象站点资料,运用趋势分析、偏差分析、变异系数、相关分析、残差分析等方法,探讨2002—2021年植被NPP时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被NPP呈波动增加趋势,2011年以前以负偏离为主,2012年以后以正偏离为主。(2)植被NPP平均值为169.15 gC·(m~2·a)^(-1),自西向东递增,101~250 gC·(m~2·a)^(-1)区域占总面积的77.0%,裸地﹤灌木﹤其他﹤草地﹤农田﹤林地。69.1%的区域植被NPP变异系数Cv≤0.2,整体稳定性较好。(3)植被NPP与气温平均偏相关系数为0.31,仅有6.7%的区域通过了0.01的显著性检验;与降水量平均偏相关系数为0.62,有81.1%的区域通过了0.01的显著性检验。说明降水量是影响研究区植被NPP显著增加的主要气候因子。(4)气候变化与人类活动共同导致植被NPP的变化。

黄河文化在内蒙古地区的当代价值

黄河文化在内蒙古地区的当代价值是多方面的,它既承载着历史记忆和文化认同,又为当地的经济、社会和生态发展提供了新的动力。当代,内蒙古地区在发扬黄河文化方面做出了积极的贡献,通过科学谋划、加强文化的保护和研究、强化黄河文化展示利用工作以及打造文化旅游品牌等多种方式,不断推进黄河文化的传承和弘扬。未来黄河文化在内蒙古的发展趋势体现在社会普及、创新发展、数字化发展、绿色转型、国际化合作与交流、文旅融合六个方面。这些趋势将有助于深入挖掘和传承黄河文化的当代价值,推动其在国际上的知名度与影响力。

内蒙古黄河流域“水—能源—产业”协同推进机制和实现路径

协同推进“水—能源—产业”发展是实现内蒙古黄河流域经济高质量发展的必由之路,是筑牢我国北方生态安全屏障的内在要求。“水—能源—产业”是一个相互影响、相互制约的错综复杂的生态系统,产业发展与节水节能、降碳减污存在着一定的矛盾冲突,需要多方合力才能实现三者之间的最优关联性。为此,建立了互动机制、供求机制、整体机制“三制一体”的推进机制,探索实现“水—能源—产业”协同推进的新路径。

内蒙古黄河干流行业间水权转让效果及对经济社会的影响

为定量评价内蒙古黄河干流行业间水权转让对经济社会的影响,从水权转让对农业的影响以及对全部受让工业企业的用水情况、生产经营情况、年度收益情况、民生及经济的影响等方面进行分析。结果表明:2019—2021年,内蒙古黄河干流行业间水权转让拉动工业项目总投资5995.80亿元,实现新增就业122145人,地区生产总值447.09亿元,工业增加值2388.21亿元,税收194.70亿元,新增铺设道路面积1316.17万m^(2),新增绿化面积3099.5万m^(2),明显提升了农业产值和农民收入,有助于解决地方民生问题,促进了沿黄地区生态保护和经济社会的协调发展。内蒙古黄河干流行业间水权转让缓解了沿黄工业企业水资源瓶颈制约,实现了农民增产、经济增效、生态修复的多赢,为黄河流域生态保护和高质量发展提供了有力支持。

变化环境下黄河流域内蒙古段植被与水文要素的时空协同演变

为了探明我国干旱和半干旱区植被和水的时空演变规律,通过集成多源卫星遥感观测数据、再分析数据集与模型模拟数据,得到了黄河流域内蒙古段的降水、蒸散发、径流、表层土壤含水率、陆地总水储量变化信息,解析了2003—2018年不同土地利用类型区植被与水资源的时空演变特征,探讨了植被与各水文要素之间的相互作用规律。结果表明:黄河流域内蒙古段东部森林植被覆盖度的提升促使蒸散发增加,年均蒸散发量和径流量之和较降水量高16.5 mm,导致土壤水和地下水储量下降;农田年平均净灌溉耗水量为101.3~108.9 mm,并因农田植被覆盖度逐年增大而增加;虽然草地区域年均蒸散发和径流量之和低于降水量,但草地植被覆盖度的持续增大导致水分盈余量显著降低,草地的耗水正接近其生态水文阈值;陆地总水储量等效水高以(7.5±1.9)mm/a的速率下降,区域地下水呈现亏缺趋势;降水的年际波动对植被覆盖度和蒸散发的影响逐渐减弱,对森林表层土壤含水率变化的影响也逐渐减弱。

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.

内蒙古黄河流域1990—2020年生境质量评估

内蒙古黄河流域是中国重要的生态区域,探究其生境质量变化能够为区域生态环境保护提供重要基础信息。本研究基于1990—2020年土地利用/覆盖数据,采用InVEST模型和地理探测器分析方法,揭示内蒙古黄河流域生境质量时空格局及其驱动力。结果表明:(1)内蒙古黄河流域生境质量总体呈现北低南高的空间分布格局,具有显著的空间聚集性。生境质量等级为低的区域面积占比为23.50%,主要分布在库布齐沙漠以及研究区东南部;(2)1990—2020年,研究区生境质量呈现先降低后小幅回升的变化趋势。生境质量退化的区域面积占比为11.97%,主要集中在研究区北部和黄河两岸附近,是耕地扩张和沙地分布区域;(3)地形、植被和土壤类型等自然因子是生境质量空间分异特征的主要驱动因子,任意两种进行交互探测的因子对生境质量空间分异的解释力都要大于其单一因子的解释力。建议未来生态治理和恢复工作应重点关注研究区北部生境质量发生退化的区域,研究结果可为区域生物多样性的保护和生态环境的恢复提供借鉴和参考。

黄河内蒙古河段凌汛期首封影响参数辨识和预报模型研究

黄河上游河道首封时间和地点准确预报是制定科学防凌预案的关键。本研究在总结黄河内蒙古河段首次封冻地点基础上,总结了首封河段同河道弯曲、束窄、桥梁及河心滩等河道特征的关系,定量总结了易发生首封河道的地形特征为:河段处弯曲系数大于1.5、束窄系数在0.25~0.60范围内,为首封地点分析预测提供依据。在总结首封日期影响因子特征基础上,分别基于随机森林和BP-DEMATEL模型构建首封日期分析模型,得到影响首封日期的主要因子权重,并应用到首封日期预报中。通过因子选择和模型比较两方面对比,随机森林模型选取出的关键因子得到的预报结果与实测值吻合率100%,其在首封分析中的应用效果最优。

内蒙古地区鲤鱼鳞片胶原的提取及其结构性能的研究

内蒙古黄河鲤鱼资源丰富,生长环境温度低,黄河鲤鱼鳞片的胶原具有独特的结构性能。该文探索了内蒙古鲤鱼鳞片胶原的提取工艺并对其结构性能进行了研究。采用醋酸和胃蛋白酶联合作用,提取内蒙古黄河鲤鱼鳞片中的胶原。通过单因素和正交试验考察了醋酸浓度、酶用量、提取时间等实验条件对胶原提取量的影响。通过过氧化氢法测定胶原的羟脯氨酸含量、采用傅里叶红外光谱、圆二色谱、示差扫描量热仪、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳、扫描电镜对胶原的结构和性能进行观察和分析。结果表明,内蒙古黄河鲤鱼鳞片在0.75 mol/L的醋酸溶液中,添加鱼鳞干重质量15%的胃蛋白酶,提取48 h能够获得收率为4.2%的胶原。对胶原结构和性能分析发现,胶原中羟脯氨酸的含量为7.31%,胶原分子结构完整,保留了原有的螺旋结构和卷曲折叠等高级构象。鱼鳞胶原的变性温度低于牛胶原蛋白,分子质量约为420 kDa,微观形貌较牛胶原更加光滑平整。研究开发的内蒙古地区鲤鱼鳞片胶原的提取工艺对温度敏感和均匀度要求较高的胶原基材料应用领域具有重要的参考价值,为内蒙古地区黄河流域渔业资源的利用和发展提供了新思路。

基于InVEST-PLUS模型的黄河流域内蒙古段生态系统碳储量评价及预测

陆地生态系统碳储量对减缓全球气候变暖有重要意义,评估黄河流域内蒙古段土地利用变化对碳储量变化的影响,可以为“双碳”目标的实现提供助力。本研究运用InVEST模型对黄河流域内蒙古段过去20 a的碳储量进行评估,运用PLUS模型预测了2040年3种不同发展情景下的土地利用格局,并耦合InVEST-PLUS对黄河流域内蒙古段未来20 a的碳储量进行估算,探讨土地利用变化和碳储量之间的响应关系。结果表明:2000—2020年黄河流域内蒙古段草地是主要土地利用类型和最重要的碳库。草地面积增加是黄河流域内蒙古段碳储量上升的主要原因,碳储量累计上升4.08×10^(7)t。在生态保护情景下,最有利于2040年黄河流域内蒙古段碳储量的增加,可使碳储量累计增加4.50×10^(7)t。年均降水是解释度最高的单因子影响因素,随着社会经济的发展,社会经济因子对碳储量时空分异特征的解释度增加。双因子交互影响的解释度普遍远高于单因子对于碳储量时空分异特征的解释度。本研究以期为区域用地规划提供建议,为我国更好的实现碳中和目标提供服务。

黄河宁蒙河段凌情灾害成因分析及防御措施研究

随着经济社会的高速发展,对黄河的防凌安全提出了更高的要求,研究凌情灾害成因及防御措施变化显得尤为重要。通过分析,影响宁蒙河段凌情变化的因素主要包括热力条件、水动力条件和河道边界条件。通过梳理1989年以来宁蒙河段典型凌灾情况,发现造成冰凌灾害的严重凌情多受剧烈天气过程、河道流量变化、复杂河道条件等因素影响。为避免宁蒙河段凌汛灾害,针对热力因素,应及早开展凌汛期气温凌情预报工作;针对水动力因素,应优化凌汛期水库群和分凌工程联合调度;针对河道边界条件,应提前拆除临时阻水建筑物,保证河道畅通,协调空军部队在险情发生时及时轰炸破冰,并加快黑山峡水利枢纽建设,恢复和长期维持较大的中水河槽过流能力,为宁蒙河段防凌防洪提供基本条件。

基于MWP检验的黄河内蒙古河段水沙过程时变点分析

运用统计学方法确定水沙过程发生变异的原因及标志性节点,是理解河势演变制约机制与发展趋势的一种重要研究手段。近年提出的MWP非参数检验法对时序数据总体分布的假定要求较宽,具有避免严重分析误差、适用性强的特点。采用这一方法对黄河内蒙古河段3个水文站1973-2004年实测径流泥沙资料进行时间序列分析,获得了以含沙量、流量为指标的多级水沙时变点信息。研究表明,河流特殊水文事件会引起水沙时间序列时变点的响应,Ut曲线的波峰与波谷(KT)体现了时间序列中对水沙过程影响最大的节点即非参数检验统计突变点。一级时变点是长时段水沙过程出现趋势性变化的标志性节点,上游龙羊峡水库运用就在一级时变点中得到映射。二级时变点多为短期偶发事件引起水沙过程局部调整的标志性节点。借助MWP检验法确定河流水沙时间序列的多级时变点,可确定影响河流水沙过程长期变化趋势与局部时段调整的关键因子,追溯水文情势变化诱因,有助于认识近年黄河水沙变异的态势。

创建黄河中游水土保持高质量监管示范区的机制与模式

黄河中游地区是国家重要生态功能区、能源基地,防治水土流失、保护生态任务艰巨,迫切需要科学、精准、高效监管。针对黄河流域生产建设项目水土保持监管工作面广量大、监管能力不足、传统监管方式时效性不强等问题,提出了在晋陕蒙接壤地区创建水土保持高质量监管示范区的工作机制、模式等:一是创新工作目标,率先做到无违规项目;二是创新合作共建工作体制,构建目标一致、行动自觉、协同发力的工作机制;三是创新内生动力,以自律守约为核心,整体提升水土保持信用水平;四是创新认知提升路径,各级领导、建设单位、青少年、社会公众整体提升水土保持生态文明认知水平与能力,做到知行合一;五是创新高质量评价内涵,全面提升科技支撑水平;六是数字赋能,科学分类管理,创新智慧监管平台,使生产建设项目水土保持监管工作实现智慧技术指导、智慧跟踪、智慧预警。

黄河头道拐段冰输移及堆积过程数值模拟

头道拐河段因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段最易形成冰坝的河段,研究该河段河冰输移及堆积过程是理解内蒙古段河冰过程及卡冰结坝作用机理的关键。本文基于耦合的二维有限元水动力学模型和DPM(Discrete Parcel Method)河冰动力学模型,模拟了黄河头道拐河段2020—2021年冬季封河过程并进行了验证,讨论了不同水力条件、上游流凌密集度及河道形态对封河过程的影响。结果表明:相比于官牛犋弯道,河道弯曲率大、束窄程度高的什四份子弯道更易形成卡冰,且流量越小,卡冰作用越明显,冰盖向上游发展速度越快。河道流凌密集度小于0.4时,各种流量下研究河段未发生卡冰;流凌密集度增大至0.4,表面流冰首先在弯曲率系数较大的什四份子弯道处形成卡冰,随着流凌密集度和流量的进一步增大,下潜并输移到下游的流凌也会在官牛犋弯道形成卡冰,因此,头道拐河段形成卡冰的流凌密集度临界条件为0.4。应用冰水耦合二维动力学模型可以很好地模拟天然河道河冰输移、堆积过程中河道的水力特性、冰厚增长及封河形态,揭示了影响河冰过程的相关因素及作用机理,为黄河内蒙古段防凌减灾工作提供技术支撑。

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明:随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%~60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。

内蒙古段黄河流域景观生态风险分析

黄河流域内蒙古段目前的生态屏障功能出现严重的退化现象,诊断其景观格局及生态风险对促进内蒙古黄河流域高质量发展具有重要意义。该研究采用内蒙古黄河流域1980年、2000年和2020年的土地利用数据,计算区域景观格局指数和生态风险指数,分析其生态风险空间分布特征和时空演化规律。结果表明:1980—2020年草地为主要用地类型,面积占50%以上,耕地、草地、水域和未利用地面积分别减少578 km^(2),1911 km^(2),383 km^(2)和255 km^(2),林地和建设用地面积增加了1055 km^(2)和2072 km^(2),土地转移的主要方向为草地、耕地和水域转变为建设用地和林地;2000—2020年综合土地利用动态度1980—2000年上升了0.85百分点;1980—2020年,斑块数量除水域和未利用地减少外其余用地均增加,景观破碎化程度除建设用地外其余用地均增加,景观干扰度除林地上升外其余用地均减少,景观损失度除建设用地有明显下降外其余用地无明显变化;黄河流域的生态风险值呈下降趋势,较低风险区和低风险区的面积增加9000 km^(2),主要集中在北部和中部地区,高风险区和较高风险区的面积减少1350 km^(2),分散布局在东部和北部边缘。

黄河宁蒙段河岸带土地利用变化及驱动力分析

以气候和人类活动影响最为敏感的沿黄河岸带为研究区,基于1999—2018年黄河宁蒙段河岸带土地利用、气候、社会经济数据,运用灰色关联和逐步回归分析方法对土地利用变化驱动力进行分析。结果表明:1999—2018年黄河流域宁蒙段河岸带土地利用类型以耕地、草地和沙漠为主;1999—2018年研究区土地利用处于快速发展阶段,开发利用程度逐渐加大;气候变化和农业经济发展是黄河流域宁蒙段河岸带土地利用转变的主要驱动力。

黄河内蒙古段造床流量变化及其影响因素

造床流量是反映河床冲淤的表征指标,也是河道整治的主要参数。基于1960—2019年实测数据,运用改进马卡维耶夫法、平滩水位法、地貌功法,计算并分析了石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐水文站造床流量。结果表明:时间上,1960—1989年、2010—2019年造床流量为2100~3540 m^(3)/s,中水河槽冲刷,1990—2009年造床流量为740~1300 m^(3)/s,河槽淤积萎缩严重;空间上,造床流量呈现上站大于下站的特点;造床流量受来水量影响较大,在汛期水量低于105亿m 3的情况下,可以通过刘家峡、龙羊峡、海勃湾水库三库联调适当增大汛期来水量,强化黄河内蒙古段造床作用。研究结果显示改进马卡维耶夫法物理意义明确,计算结果相对合理,可为冲积性河流造床流量确定及黄河内蒙古段河道治理提供参考。

黄河龙羊峡和刘家峡水库凌汛关键期优化调度研究

2000年以来黄河上游来水形势、宁蒙河段河道状况和凌情发生了较大变化,而凌汛期正值青海省用电高峰,水力发电所需水量大,迫切需要开展凌汛期龙羊峡、刘家峡水库优化调度研究。通过分析凌汛期水库调度、气温变化和河道条件等对黄河凌情的影响,研究确定黄河宁蒙河段适宜封河流量、开河关键期压减水库下泄流量的时机和力度,提出了龙羊峡、刘家峡水库封开河关键期优化调度建议,并在此基础上编制多种情景(上游来水、气温类型和河道条件组合)下,龙羊峡、刘家峡水库优化调度预案。2019—2020年度、2022—2023年度在汛期来水分别偏多、偏少情况下水库优化调度实践表明,凌汛期优化调度方案可以在保证黄河宁蒙河段防凌安全的前提下,明显提高黄河上游梯级水库群发电效益。