小浪底水库水体时空变化特征与驱动因素分析

以2018-2021年Sentinel-2遥感影像为数据源,利用Google Earth Engine (GEE)云平台研究小浪底水库月尺度水体面积的时空变化。结果表明,2018-2021年小浪底水库水体面积月际变化波动较大,每年均呈先降后升的趋势,具有显著的季节性变化规律,夏季汛期防洪降低库容,冬季蓄水增加库容保证生产生活用水;小浪底库区存在约85.29 km2的永久性水体,占总面积的34.84%,出现水陆变化的区域集中于水库边缘区域;气温、降水是水体变化的驱动因素,水体面积与月平均气温、月降水量呈负相关关系。研究结果表明,以GEE云平台为基础的连续时间序列、大范围水体动态变化监测存在可行性。

小浪底库区河岸带植物物种多样性与土壤因子的关系

以黄河中游末端地段小浪底库区河岸带为研究对象,采用典型对应分析法(CCA),对物种分布和多样性与土壤因子的关系进行研究。结果表明,小浪底库区河岸带共发现植物31种,17科28属,其中禾本科、菊科、蓼科和锦葵科植物最多,苍耳和狗牙根为优势种。随着河流流向小浪底库区南北两岸的有效磷和有机质呈下降趋势;速效钾、含水量和全氮无显著变化。从变异系数看,土壤含水量、有机质、速效钾、全氮及有效磷均属于中等变异程度(0.1≤C≤1),表明土壤养分分布总体上呈现中度不均匀的特征。在6个土壤环境因子中,含水量、pH与有机质含量对小浪底库区河岸带物种多样性的影响较大,土壤速效钾、有效磷及全氮对各种多样性指数影响均不明显。其中,香农-维纳指数与含水量和有机质具有显著相关性(P<0.05);均匀度指数和含水量之间具有显著的相关性;丰富度指数与pH之间具有显著的相关性(P<0.05)。CCA排序显示土壤全氮、pH、有机质和含水量是影响群落分布的主要因子。香附子、牵牛花和荔枝草的分布主要受到全氮的影响;春蓼、野菊等主要受到pH的影响;柳树、牛筋草、大狼杷草主要在含水量和全氮高的环境下分布较多;椿树、榆树等主要在有机质和pH相对较高的区域分布。苍耳、狗牙根、狗尾草等物种广泛分布在样地内,受土壤因子影响较小,对范围的适应较强。

黄河小浪底库区不同恢复阶段土壤退化评价

通过对黄河小浪底库区不同恢复阶段土壤的调查研究,结果表明,库区土壤大部分出现中度退化,很少一部分退化为弱退化,一部分为强度退化。乔木恢复阶段中次生栓皮栎林地土壤退化最轻;库区土壤退化类型有贫养分化、贫微生物化、结构劣化、碱化和严重干旱化。3个恢复阶段的土壤退化程度为,乔木恢复阶段<灌丛恢复阶段<草本恢复阶段,其中,人工侧柏林下土壤退化程度较灌丛和魁蒿的重些。

小浪底库区坡地不同利用方式下土壤养分的流失特征研究

通过野外模拟降雨试验，分析了撂荒荒坡、林草间作、农林间作、造林林地和坡耕地翻耕种植玉米、坡耕地翻耕休闲6种利用方式下的土壤流失特征。研究结果表明：（1）坡耕地及农林间作下地表径流中的有效钾和硝态氮含量高于撂荒荒坡、林草间作和造林林地。（2）撂荒荒坡、林草间作和造林林地沉淀泥沙中的全氮、全磷、全钾和有机质含量高于其它3种利用方式。（3）径流液养分和沉淀泥沙养分含量产流初期达到高值，之后趋于稳定。（4）不同形态的养分在泥沙中有富集现象；富集比在1．01～1．43之间，不同利用方式下富集比差异不大。

2006年调水调沙期间小浪底库区异重流分析

分析了2006年调水调沙期间小浪底库区塑造人工异重流的基本情况,指出:①该次异重流具有入库水量较小、潜入点比较靠下、演进速度快和排沙比较大等特点;②在小浪底水库塑造人工异重流至少要有5.5亿m3入库水量、2 000万t入库细泥沙量,库区坝前水位宜低于230 m,异重流期间入库流量应大于3 000 m3/s,下泄流量也宜维持在3 700m3/s左右;③排沙洞应提前开启,以利于提高异重流排沙比。同时建议:①设立小浪底库区异重流观测与研究项目组;②对异重流测验投入必要的设施设备,并积极研发能够满足水库异重流测验要求的新仪器和计算机软件。

小浪底水库自吸式管道排沙系统研究

在系统分析已建水库各种排沙方式的基础上,提出了小浪底水库自吸式管道排沙系统总体思路,即利用水库自然水头,在近坝段库区内铺设可移动并带有吸泥头、可逐渐加长的管道,自动地将坝前约40 km范围内淤积的细颗粒泥沙和通过过坝隧洞或右岸山体内的隧洞排出库外,初步估算每年可排出泥沙3亿t。排出库外的泥沙可采用管道进行远距离输送,实现泥沙资源化。同时指出,过坝方案、自吸式吸泥头体型研制、排沙管道等是该方案需要解决的关键技术问题。

小浪底库区坡地不同景观配置对土壤水分时空分布及产流产沙影响

以小浪底水库库区6种主要坡地景观类型(免耕农田、传统耕作农田、撂荒地、果园、林地、间作地)为例,研究了坡地不同景观配置对土壤水分时空分布及其产流产沙的影响。研究结果表明,雨季末期农田景观配置(免耕、传统耕作)土壤含水量的增量是撂荒地、果园、林地、间作地景观的1.51、2.32、5.63、2.66倍,蓄水效率比撂荒地、果园、林地、间作地分别高7.06%、11.92%、17.23%、13.07%。土壤水分的垂直梯度变化可归纳为增长型、降低型和波动型和增长降低4种类型;径流和泥沙总量林地最少,农田传统耕作最多,其径流量是林地的13.9倍。

小浪底水库运用情况分析

对小浪底水库下闸蓄水至2005年的运用情况进行了分析,并将运用效果与设计成果进行了对比,结论认为:①水库自投入运用至今均处于拦沙初期运用阶段;②水库运用以来,干流淤积三角洲顶点位置随着库水位的变化逐步向下游推进;③库区淤积形态与设计淤积形态相比,总体看来淤积部位偏上游,但未侵占长期有效库容;④库区泥沙主要以异重流形式输移,排沙比与设计成果基本一致;⑤从目前支流纵剖面形态看,各支流均未形成明显的拦门沙坎,随着库区淤积量的不断增加及运用方式的调整,拦门沙将逐渐显现。建议今后加强对支流纵剖面、异重流倒灌和水库冲刷的观测,对支流拦门沙的形成及发展演变机理进行专题研究。

小浪底库区黄河特大桥永久钢护筒沉放施工技术

南村黄河特大桥是黄河小浪底库区蓄水后首次在库区建造的桥梁,为了解决该桥永久钢护筒沉放难题,针对库区水位变化大、与外界不通航的特点,比选了目前常用的钢护筒沉放方案后,首次提出了在钻孔平台上采用履带吊配合龙门吊将永久钢护筒分节吊挂接长、分次振动沉设的施工方法,并介绍了关键施工工艺。工程应用结果表明,采用该施工方法和施工工艺在库区进行永久钢护筒的振动沉设施工是可行的。

小浪底水库区震源机制解特征

利用小浪底水库台网8个台站的地震波形数据,采用垂直向P波、S波最大振幅比和初动方法测定2009年1月—2012年12月水库区域45次小地震的震源机制。结果表明:该区域45次震源机制中正断层13次、逆断层15次,走滑断层17次;主压应力轴(P轴)总体为NEE方向(220°～230°),与华北地区近水平构造应力场不完全一致,显示了小浪底水库区域受华北构造应力场的控制作用较弱,应该与水库区域地下介质构造复杂和水库蓄水有关。

小浪底库区黄河特大桥高钢栈桥施工技术

南村黄河特大桥是黄河小浪底库区蓄水后首次在库区建造的桥梁,为了选择合适的高钢栈桥施工方案,针对库区水位变化大、水上大型设备缺乏的现状,分析了高钢栈桥施工的特点和难点,确定了栈桥桩基础形式、平面位置和标高,并介绍了小浪底库区南村黄河特大桥高钢栈桥设计和施工,提出了钓鱼法、船吊法联合运用加快进度的施工方法。工程实践表明,小浪底库区高钢栈桥采用板凳桩基础,钓鱼法、船吊法联合施工是合适的。

2014年汛期小浪底库区异重流演进规律分析

2014年汛期,通过对万家寨、三门峡、小浪底水库进行水沙联合调度,塑造了小浪底水库异重流,并实测异重流在潜入点区、库内演进区和坝前区的演进数据。分析得出:在潜入点区垂向上,异重流厚度变化与来流量同步,平均流速从上到下逐渐增大;横向上,平均流速与含沙量主流较大,边流较小。在库内演进区,异重流厚度在同1天内沿程增加,靠近坝前出现壅高,平均流速总趋势沿程递减;沿来流方向,由前断面含沙量大于后断面逐渐变为后断面大于前断面;在坝前区横向上,异重流厚度增加;在垂向上,当出水口、排沙洞开启后,平均流速在清水层底部与异重流底部分别出现极值,含沙量在异重流底部也出现极值。通过本次对小浪底水库异重流的运动规律分析,为最优水库调度提供支撑,从而减少库区淤积、延长水库的使用寿命。

小浪底库区坡地不同利用方式对土壤物理性质的影响

针对干旱和水土流失并重的小浪底库区坡地,本文以该区5种主要坡地利用类型(传统耕作、撂荒地、果园、林地、间作地)为研究对象,探讨了不同坡地利用方式对坡地土壤物理性质影响。结果表明:改变土地利用方式后土壤物理性状得以改善,梯度变化依次为:传统耕作<果园<摞荒<侧柏林地<间作地。

小浪底库区生态系统服务价值研究

小浪底水库作为改造自然的人类工程之一,对小浪底库区周围的环境变化影响明显。该文采用小浪底库区的土地利用的栅格数据,利用转移矩阵,从空间和时间上对小浪底库区的土地利用变化进行了分析。文章以采用多种评估方法,计算了小浪底库区的生态系统服务价值,并通过权衡协同度,从空间上对库区生态系统服务价值的变化进行了评估,为合理利用土地提供理论指导。结果表明:(1)小浪底库区以耕地为主,耕地、草地面积呈消减趋势,其他类型用地面积增加,动态度变化较大。(2)济源市耕地、草地以转出为主。洛阳市只有耕地以转出为主。三门峡市中林地、草地及耕地以转出为主,运城市林地和水域以转入为主,其他利用方式以转出为主。(3)库区的生态系统服务价值方面:小浪底库区生态系统服务价值整体呈增长趋势,但增长率逐年下降。供给服务功能、调节服务功能中,水域的贡献率突出。(4)这4个市2000年以供给服务功能为主,2005年以后以调节服务功能这为主,文化服务功能有增长的趋势。生态系统服务功能之间以协同关系为主,个别市供给服务与调节服务功能、支持服务功能呈权衡矛盾关系。

小浪底库区第一期移民安置验收方法分析

对枢纽工程移民项目单独验收是一个全新的课题 ,小浪底库区第一期移民项目在安置验收方面作了有益的尝试和探索。第一期移民项目安置验收的重点是各项移民工程是否符合规划设计标准 ,移民是否得到妥善安置并具备可持续发展的基本条件以及移民经费的拨付和使用情况如何。具体验收分自验、初验和终验 3个阶段进行 ,分别由实施部门(地方政府 )、业主和主管部门负责。由于现行的水利水电建设工程验收规程难以满足移民工程验收的要求 ,因此建议针对移民工程特点编制移民工程验收规程。

小浪底水库分期运用对库区及河道冲淤的影响

黄河中下游洪水泥沙主要来源于汛期,受汛期不同时段降雨的影响,小浪底水库入库洪水泥沙具有明显的分期特性。通过优化小浪底水库汛限水位策略,研究水库汛期分期运用,有利于提高洪水资源化利用效率,对充分发挥水库综合效益具有重要意义。小浪底水库开发任务以防洪、减淤为主,优化水库汛期运用必须考虑其对库区及黄河下游河道的冲淤影响。拟定不同的分期运用方案,以水库进入正常运用期为背景,通过数学模型分别对库区及下游河道进行冲淤计算。从计算结果来看,进入正常运用期后,小浪底水库调节能力有限,每年9月10日后,入库含沙量较低,适当抬高运用水位对库区及黄河下游河道冲淤影响不大。

2018—2019年汛期小浪底水库排沙运用分析

2018—2019年汛期,黄河来水量大,小浪底水库连续两年实施了低水位、长历时、大流量、高含沙的排沙运用,取得了显著的排沙效果。基于小浪底水库实际排沙运用情况,分析水库排沙影响因素,采用回归分析方法建立水库排沙比计算公式,结果表明库区蓄水量、坝前最小水深、入库流量、水平回水长度等与水库排沙比关系较为密切,相关系数均在0.80以上,经实测资料验证,排沙比计算公式可较好地模拟水库排沙情况。进一步结合坝区地形观测资料,分析近坝区泥沙冲淤变化。2014年以来,受泄流底孔排沙影响,距坝4.5 km范围内河床比降稳定在4.3‰~5.1‰之间;进水塔前泥沙淤积最低高程在176~181 m之间变化,当前左岸泥沙淤积高程逐步抬升,坡度逐渐变陡,尚未形成稳定边坡,而右岸受山体控制,坡度大,泥沙淤积量少。

浅析小浪底水库蓄水对库区济源段煤矿采空塌陷区的影响

小浪底水库建成运行后,引起区域地下水位抬升,库水通过一1煤底板和其采空区顶板裂隙进入其它煤层和采空区,造成采空区顶板岩石的软化,引发地裂缝及地面塌陷等地质灾害,严重影响了村民的生命财产安全及煤矿生产的安全。本文就小浪底水库蓄水后,对库区济源段煤矿采空塌陷区及煤矿生产的影响进行了分析,并提出了防治对策。

小浪底水库区域波速比特征研究

利用小浪底水库架设的8个数字地震台观测数据,分析2008年9月—2011年12月记录的水库附近196次地震事件,采用和达法计算该区波速比值和泊松比值,结果表明:①小浪底区域波速比值在1.461—2.027,相关系数在0.9763—0.9995,平均波速比值为1.700,略低于地壳的平均波速比1.732,泊松比值在0.17—0.33,平均泊松比值为0.23;②反映了小浪底水库区域地下介质复杂的特性。

槐扒一级泵站新型防淤进水口的研究

三门峡槐扒黄河提水工程取水口一级泵站在小浪底上游库区取水。在站前河道出现国内、外同类已建工程所罕见的水位、泥沙淤积变幅及狭窄河道特性的条件下 ,通过对多泥沙河道上岸边固定式泵站进水口型式的研究 ,设计创造性的采用新型竖向流道式防淤进水口的设计方案 ,使这一工程难题得到较好解决 。