Changes in sediment discharge in a sediment-rich region of the Yellow River from 1955 to 2010: implications for further soil erosion control

The well-documented decrease in the discharge of sediment into the Yellow River has attracted considerable attention in recent years. The present study analyzed the spatial and temporal variation of sediment yield based on data from 46 hydrological stations in the sediment-rich region of the Yellow River from 1955 to 2010. The results showed that since 1970 sediment yield in the region has clearly decreased at different rates in the 45 sub-areas controlled by hydrological stations. The decrease in sediment yield was closely related to the intensity and extent of soil erosion control measures and rainstorms that occurred in different periods and sub-areas. The average sediment delivery modulus（SDM） in the study area decreased from 7,767.4 t/（km^2·a） in 1951–1969 to 980.5 t/（km^2·a） in 2000–2010. Our study suggested that 65.5% of the study area with the SDM below 1,000 t/（km^2·a） is still necessary to control soil deterioration caused by erosion, and soil erosion control measures should be further strengthened in the areas with the SDM above 1,000 t/（km^2·a）.

Scientific significance of ancient maps of Yellow River and Grand Canal for water conservancy in China

Based on the study of ancient maps preserved in China and abroad,the systematic nature and practical meaning of the maps of the Yellow River and Grand Canal is demonstrated.It is pointed out that the ancient maps not only record the spatial information of the established water conservancy engineering for river harnessing but also the management systems of the rivers in history.Besides,the maps provide abundant information on nature,humanity,and geography and possess high value in academic research and art appreciation.

黄河水源涵养区土地利用变化的区域分异特征及未来格局

解析黄河水源涵养区历史和未来的土地利用/覆盖变化(LUCC)对于保护黄河流域水土资源和维系生态系统服务功能等具有重要意义。在研究区及其三大子区(Ⅰ黄河上游水源区、Ⅱ渭河南山区、Ⅲ伊洛河区),基于1990—2020年的土地覆盖产品数据,采用转移矩阵、地理探测器、CA-Markov模型等方法,分析LUCC特征、探测驱动因素和预测未来期(2025年)空间格局。结果表明:自2000s以来,研究区及分区地类呈现退耕还林还草和建设用地快速增长的2条主线变化趋势,其中,全区LUCC主要受到粮食产量、高程和人口密度驱动,Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区LUCC的主导驱动因素分别是高程、人口密度和粮食产量。未来生态保护情景相对于自然发展情景,耕地和建设用地扩张将受到约束,能更好地保障生态用地面积以支撑水源涵养等生态服务功能。

环境变化的径流效应研究进展及黄河水源涵养区研究展望

针对变化环境下黄河流域实测径流大幅度锐减,严重影响流域水资源与生态安全的问题,面向黄河生态保护和高质量发展的国家重大战略需求,梳理了变化环境下径流效应研究中亟待解决的关键科学问题与关键技术。以黄河水源涵养区为对象,以环境变化的径流效应和水资源预测为核心,细化了数据集构建、机理解析、模型研发、趋势预估4项具体研究内容与研究方案。预期研究成果将揭示黄河水源涵养区水文-生态过程的互馈耦合机理、创新变化环境下生态水文的模拟和预测技术,科学预测变化环境下流域水安全和生态环境风险趋势,有效支撑流域水资源可持续利用与生态环境保护决策。

新时代黄河流域水土保持标准体系建设框架研究

为了贯彻落实《黄河保护法》,推动黄河流域水土保持各项工作规范化、标准化,满足黄河流域水土保持事业高质量发展的现实需要,根据《黄河保护法》有关规定,结合新时代黄河流域水土保持工作目标和特点,在全面分析水土保持标准体系建立的背景、意义及必要性的基础上,全面梳理现行的水土保持国家标准体系,广泛征集有关省(区)业务人员和专家的意见、建议,组织专家开展专题研究,提出了包括基础类、规划设计类、治理类、淤地坝类、监测类、监管类、信息化类、试验示范类等8类73项标准(其中沿用原有标准48项、建议新增标准25项)的黄河流域水土保持标准体系建设框架。

基于遥感和通量观测的实际蒸散发时空变化特征——以黄河流域水源涵养区为例

蒸散发是地表水热平衡的关键要素,分析蒸散发的时空分布特征及其影响因素,对于深入理解区域水文循环与生态系统过程至关重要。基于通量观测站数据,评估GLEAM、MTE、GLDAS和AVHRR共4种蒸散发产品在黄河流域水源涵养区的适用性,利用水量平衡方法验证其在流域尺度上的精度,并探讨实际蒸散发的影响因素。结果表明:在站点尺度上,GLEAM蒸散发产品精度最高;在流域尺度上,校正后的GLEAM蒸散发产品与实际蒸散发的相对误差在渭河南山支流区最小,其次是兰州以上地区;1982—2015年黄河流域水源涵养区实际蒸散发整体呈增加趋势,空间分布上自西到东逐渐增加;不同植被类型年均蒸散发差异较大,阔叶林的蒸散发最大(575.2 mm),其次是农田(504.3 mm),高山草甸的蒸散发最小(358.2 mm);实际蒸散发变化主要受到太阳辐射与气温的影响。

砒砂岩区生态治理-生态衍生产业协同发展关键技术与模式

探索生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与途径,是促进水土保持生态治理高质量发展的重要课题。为此,以生态治理难度极大的黄河流域砒砂岩区为研究对象,基于生态经济学、生态产业技术的理论与方法,提出了生态治理-生态衍生产业协同发展的基本原理和应遵循的原则,探索了生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与模式,并开展了示范应用。1)生态治理-生态衍生产业协同发展的原理是行为互驱动、效应互补偿,应遵循的原则是“双律适应、适地适生、三方意愿”;2)鉴于砒砂岩覆土区、覆沙区、裸露区生态环境有明显差异,分别构建了小流域生态治理-生态衍生产业协同发展的综合治理措施体系和模式,以坡顶、坡面和沟道为水土保持措施配置的3个地貌单元,选择兼具水土保持功能和饲用、药用、食用等经济开发价值的作物进行生物措施配置,配合注浆固结、抗蚀促生、砒砂岩改性等新的工程技术措施进行生态治理;3)研发了物理-化学-生物综合改良砒砂岩土壤、砒砂岩复配风沙土+生物改良提质、灌草优化平茬及饲料加工、煤矸石改性资源化利用、高陡边坡抗蚀+控渗+植生固稳、生态果园建植等关键技术;4)基于砒砂岩覆沙区“土壤改良固沙+”(如土壤改良固沙+经济林种植、土壤改良固沙+梭梭草套种甘草等)生态治理模式的实践与示范,探索实施了“政府支持,科技支撑,企业产业化+公益性投资,农牧民市场化参与”的多元投资、多方参与、共同受益运行机制与模式。通过灌草平茬饲料加工、土壤改良、经济作物种植等产业化中试,以及矿区回填区生态恢复、小流域生态治理-生态衍生产业协同发展示范性实践,表明脆弱生态区治理中发展生态衍生产业具有广阔的前景。

新形势下黄河的治理方略

在阐述近代以来治黄对策和黄河“水少沙多”等问题基础上,提出新形势下黄河下游宽河段治理方略为“三堤共存、槽滩共治”,即以靠溜河道工程为依托,将生产堤改建成坚固的防护堤作为第一道防线,由大堤及其防护工程构成第二道防线,将大堤到控导工程的道路加固成格堤,按“平顺护弯、以弯导流”原则整治河槽,同时在整治工程对岸滩区边沿建护滩工程;对窄河段只需局部扩宽即可大幅提升过洪能力,另需将其中明显碍洪工程进行改造或拆除,解放相关滞洪区并降低宽河段滩区行洪要求。减少入黄沙量的治本之策为采用工程措施与新工艺新材料淤地坝修筑技术,改变水土严重流失区的侵蚀地理环境,结合近自然修复良性生态治理技术,主动拦减流域沟坡产沙并永续发挥生态效益。尽早建成古贤与黑山峡水利枢纽,并激发三门峡这一骨干工程的调控作用,共同构建黄河水沙调控体系的主体构架,建立全河水沙调控及水资源优化配置机制,确保全河水沙关系协调,遏制宁蒙等河段河情恶化势头。为解决黄河下游水少问题,应恢复黄河、汶河洪水进出东平湖条件及南四湖洪水入黄功能,将沿黄已建和拟建平原水库连通,发挥水资源调配作用;若在南水北调中线工程以东修建“河南运河”,黄河下游段即成邻近流域排洪入海通道,将其灾害水变成黄河下游冲沙、灌溉及生态用水;实施“川水济黄、藏水补川”工程,实属关系中华民族永续发展的根本大计。

河南省引黄受水区水利高质量发展评价

为深入探讨河南省引黄受水区水利高质量发展的现状,构建了以水利高质量发展目标、途径、条件为子系统的评价指标体系,运用SMI-P法进行系统评价,并采用障碍度模型方法识别影响水利高质量发展的关键制约因素。结果表明:2011—2020年河南省引黄受水区的水利高质量发展水平整体呈现上升趋势,郑州、开封、洛阳、焦作、许昌、三门峡、周口、济源八市在2020年初步达到较高水平;从发展维度分析,目标、途径、条件3个子系统均呈现优化趋势,其中途径子系统的支撑作用尤为显著;河南省引黄受水区水利高质量发展的关键制约因素包括人均水资源量、水资源总量、人均GDP、万元GDP废水排放量、人均生活用水量、排水管道密度以及供水综合生产能力等,据此提出了改进建议。

黄河流域水源涵养服务功能动态演变及驱动因素

黄河流域是中国重要的生态屏障,研究其水源涵养服务功能对推动黄河流域生态保护与高质量发展具有重大意义。采用InVEST模型量化黄河流域1980—2020年水源涵养服务功能,使用空间自相关分析黄河流域水源涵养服务功能空间分布模式,并运用地理探测器分析黄河流域水源涵养服务功能的驱动因素。结果表明:(1)1980—2020年黄河流域水源涵养量为174.8639亿m^(3)—378.4538亿m^(3),多年平均水源涵养量265.0475亿m^(3),其中草地与林地多年平均水源涵养量分别占黄河全流域水源涵养总量的52.94%和24.27%。全流域水源涵养量呈现上下游地区较高,中游地区较低的分布格局。(2)全局莫兰指数为0.875,表明黄河流域水源涵养服务在空间上呈现聚集分布,以低-低聚集与高-高聚集为主。(3)1980—2020年不同地类平均水源涵养能力排序:灌木林>有林地>高覆盖草地>其他林地>中覆盖草地>低覆盖草地>旱地>建设用地>未利用地>水田>水域。(4)降水量是影响黄河流域水源涵养量变化的主要驱动因子,降水量与土地利用间交互作用对黄河流域水源涵养服务功能空间分异解释力显著增强。研究结果可为黄河流域生态系统管理与高质量发展提供重要参考。

基于BP神经网络和三次样条插值法的感潮河段水位预报

针对常熟水利枢纽外江侧为感潮河段,提出一种基于BP神经网络和三次样条插值结合的感潮河段水位预报方法。结果表明,潮位预报预见期为1 d与2 d时,模型绝对误差分别为0.06 m与0.18 m,合格率分别为87.5%与70.9%,满足《水文情报预报规范》所规定的发布正式预报要求;预见期为3 d时,模型绝对误差与合格率分别为0.28 m与61.4%,满足参考性预报要求。水位预报预见期为1 d时,模型绝对误差为0.07 m,适用于枢纽的精细化调度;预见期为2 d与3 d时,模型绝对误差分别为0.13 m和0.18 m,可为枢纽运行提供精准的外江侧水位预报。

山西黄河流域水生态系统服务时空分析

生态系统服务是支撑经济社会发展和人类生存条件的要素,其中水生态系统服务对于维持人类生产生活以及生态环境等都具有重要意义。然而,目前对流域水生态服务研究相对薄弱。基于InVEST(Integrated valuation of ecosystem services and trade offs)模型量化了山西黄河流域2000—2020年的产水量、水源涵养和水质净化服务的时空分布格局。探讨了气候条件和土地利用与产水量、水源涵养和水质净化服务之间的关系。结果表明:(1)近20 a,流域的产水量出现了波动上升的变化,且高峰值的出现在2020年,达152.37 mm。在空间上产水量分布差异明显,高值区范围扩大,低值区范围缩小。土地利用和气候变化共同影响山西黄河流域产水服务时空变化。气候变化对流域产水服务的贡献率远大于土地利用变化。(2)近20 a,流域水源涵养量与产水量变化趋势基本一致,整体呈波动上升趋势。高峰值的出现在2020年,达100.32 mm。空间上,林地水源涵养量增加最多,其次为草地,降水量大且蒸散相对较小的地区水源涵养能力显著高于其他地区。相比土地利用,气候因素对水源涵养量的影响更大。(3)在水质净化方面,同时期流域N、P输出量呈现逐年递减的态势,在2020年N、P输出量均达到最低值,分别为0.4739 kg·hm^(-2)和0.0366 kg·hm^(-2)。空间上,山区和丘陵地区的N、P输出量显著低于平原和盆地。人类农业活动特别是对农业用地中化肥的广泛投入是造成水环境污染的主要原因,同时伴随城市化发展的不透水地面的扩张也会对研究区水质净化造成一定的影响。研究结果可为山西黄河流域水生态系统保护及生态补偿与流域科学管理提供参考。

黄河流域生态治理与生态经济协同发展模式研究进展

为了给黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施及乡村振兴等提供科技支撑,对多年来黄河流域生态治理与生态经济协同发展的研究成果、关键技术及典型模式进行系统归纳,分析了当前存在的突出问题,并提出了相应的对策建议。黄河流域生态治理与生态经济协同发展模式是随着水土保持工作不断发展和生态文明建设、乡村振兴等多项国家战略的实施而逐步建立和不断丰富完善的,多年来黄河流域各地区针对严重的水土流失探索了多种生态治理与生态经济协同发展模式,包括水土保持-地貌-生态经济高适配生态经济型综合治理模式、水土保持型生态农业经济模式、风沙区水土保持-生态经济融合发展模式、砒砂岩区生态治理-衍生产业协同发展模式、半干旱区乡村能源生态型良性循环模式、黄土高塬水土保持型生态经济带治理模式等。当前存在的突出问题有:生态治理-生态经济协同发展的理念薄弱,二者的协同性不高且耦合协调的空间不均衡,发展模式结构单一、规模效益不高等。建议:创新生态治理-生态经济协同发展的理论与关键技术;建立多元化投入机制,创建以高质量发展为目标的新型生态治理与经济协同发展模式及其生产与产业体系,探索“全托全链”的推广机制;构建适宜的技术体系、产业体系、经营体系和人才支撑体系;建立生态治理与生态经济协同发展先行试验示范县,引领和优化区域现代生态治理与经济的协同发展。

黄河兰州以上区域草地覆盖变化对水源涵养的定量影响分析

为厘清黄河兰州以上区域草地变化对水源涵养的影响,利用动态全球植被模型,结合逐年土地利用变化数据,通过不同的情景模拟,定量分析了1980—2020年黄河兰州以上区域水源涵养量的变化趋势和响应特征。结果表明:该区域年均水源涵养总量约242.1亿m^(3),其中草地生态系统的贡献量约为202.8亿m^(3),占比83.8%,并且在2002年前、后分别呈下降(-5.1亿m^(3)/a)和上升(3.5亿m^(3)/a)趋势;黄河兰州以上区域1980—2020年草地变化对该区域水源涵养具有不显著的负向效应,2015—2020年间年均减少了6.7亿m^(3),整体上并未显示出明显的区域差异;不同草地退化程度情景下的模拟表明,虽然轻度退化带来的草地蒸散发分量变化使得区域水源涵养量略有提升,但随着退化程度的加剧区域水源涵养量显著减少。

黄河流域生态保护与修复科学问题的思考和建议

分析了黄河流域生态保护与修复面临的上游水源涵养、中游水土保持、下游湿地保护等科学问题,并提出相应的实施路径,得出:黄河上游应聚焦草地保护与可持续管理,森林植被水文调节和水源涵养能力提升,固沙植被稳定性评价、维持和提高,水源涵养功能建设与水资源供给关系协调等;黄河中游应侧重水资源承载力及林草植被修复潜力、水土保持措施建设适宜规模与优化布局、流域综合治理水沙协同调控;黄河下游则应重点关注生态基流水平与冲沙用水量、冲刷与淤积演变规律、湿地生物多样性保护等问题。

沿黄丘陵沟壑区水土保持生态空间分布特征及时空演化——以山西省柳林县为例

黄河中游是黄土高原地区土壤侵蚀的核心区域,水土流失问题严重,加强中游水土保持工作对于推动黄河流域生态保护和实现高质量发展至关重要。本文选择沿黄河中游丘陵沟壑区典型县域——山西省柳林县为研究区,基于水源涵养空间、土壤保持空间及水土流失敏感性识别和分级,对水土保持生态空间进行划定分区,并采用冷热点分析、标准差椭圆的方法揭示研究区水土保持生态空间的分布特征,并分析其2000—2020年时空演化特征。结果表明:1)柳林县水源涵养空间的功能等级总体呈由北向南逐渐降低的趋势,高等级面积占研究区总面积的35.2%;土壤保持强度以低等级为主,集中分布在研究区的西部及中部。2)2000—2020年柳林县水土流失高度敏感区占比一直在40%以上且面积持续增加,不敏感区、轻度敏感区及中度敏感区面积持续减少。3)柳林县水土保持生态空间分布整体呈南—北走向,无成片连续分布,主要集中在丘陵沟壑区的沟间区域,其中重点区与核心区交错分布在沟道陡坡区,一般区主要分布在河流或沟道沿岸坡度较缓的区域。4)2000—2020年,核心区面积一直呈减小趋势,一般区、重点区及核心区的标准差椭圆重心均向西南方向移动,以向南移动为主。柳林县的水土保持生态空间识别与时空演变趋势研究结果可为其水土保持的差别化治理提供参考,有效保持水土资源,推动黄河流域生态保护与高质量发展。

基于“两山”发展模型的黄河流域经营性水利风景区生态产品价值实现路径探索

探索生态产品价值实现路径是推进生态文明建设理念的关键环节。针对当前水利风景区大多缺乏系统规划和开发导致资源闲置浪费问题,基于“两山”关系状态模型,将黄河流域27个经营性水利风景区划分为共生增长型、绿色发展型、拮抗发展型和金色发展型,并分析了处于不同自然环境条件与经济发展水平下的水利风景区生态产品价值的实现模式。研究结果表明:黄河流域经营性水利风景区资源禀赋和发展水平参差不齐,位于流域中下游的水利风景区生态与经济协同发展状况较好,资源禀赋优异但未得到充分开发的水利风景区数量最多。对此,针对不同类型水利风景区生态产品价值实现最大化,提出生态修复、生态产业链联合延长、健全生态补偿机制、促进当地产业绿色转型、加强文旅融合、推进生态产业化等路径建议。

黄河流域水土保持碳汇质量评价指标体系构建

为充分挖掘和实现黄河流域水土保持碳汇价值、有效推动黄河流域水土保持碳汇开发与市场交易,在阐明黄河流域水土保持碳汇特征、水土保持碳汇质量内涵的基础上,提出从新增碳储量贡献质量、可持续发展贡献质量、碳汇生产过程质量3个维度评价黄河流域水土保持碳汇质量,构建了包括3个一级指标、14个二级指标、47个三级指标的黄河流域水土保持碳汇质量评价指标体系,并指出了确定各级指标权重的适宜方法及计算水土保持碳汇质量指数的方法。建议:1)在黄河流域开展高质量水土保持碳汇开发、监测与核算、碳汇项目评级、信息披露、市场交易等全流程试点;2)加强国际合作与交流,借鉴国际自愿减排市场的差异化定价机制,构建黄河流域水土保持碳汇定价体系。

黄河流域国家水利风景区综合效益评价

为提升黄河流域国家水利风景区综合效益,建立了该区域国家水利风景区综合效益的评价指标体系,运用熵权法和模糊综合评价法相结合的方式对黄河流域国家水利风景区综合效益的发挥情况进行了评价分析。结果表明,目前黄河流域国家水利风景区的综合效益发挥情况较为一般,且黄河流域下游国家水利风景区的综合效益发挥情况略逊于上游和中游。因此提出了做好水土保持工作、多途径拓展产业链、完善配套基础设施、加强水利风景区宣传推广等对策和建议,以期推动黄河流域水利风景区的高质量发展。

民国时期黄河上游地区水土保持建设成效与启示

民国时期,由于报刊的宣传普及、专家学者的讲演与培训、农业技术机构的设立和专门人才的培养,水土保持思想得到广泛传播,农业发展呈现新特征,林业建设和黄河治理得到了有力的推进。尽管受当时社会环境和科学技术水平的影响,黄河上游地区水土保持工作研究存在资金短缺、技术不成熟、设备落后、农民参与度不高等方面的局限性,但其在设立水土保持实验区和农业试验场、加大对水土保持的宣传普及、推进农林牧业协调发展、推进法治建设、实现乡村振兴和生态保护的协调发展等方面的做法仍然值得我们今天借鉴。