黄泛平原现存十四古城“城-湖风景”的结构体系与营造方法

【目的】黄河善淤、善决、善徒的水文特性,塑造了黄泛平原古城普遍性的城-湖风景体系,以这类城-湖风景为研究对象,探讨古代水利设施干预水文过程,应对黄河洪涝灾害,进而重塑区域风景的历史经验。【方法】将方志信息挖掘与地理空间分析相结合,研究城-湖风景的形成背景、结构体系与营造方法。【结果】1)分析了城-湖风景的形成背景——即黄泛平原洪涝灾害的根源与特征。2)归纳了城-湖风景的结构体系特征:具有墙、堤、湖、塘、沟的构成要素;呈现外圆内方、城市盆地的空间格局;具备防阻蓄导、兼具产游的功能内涵。3)总结了城-湖风景的营造方法序列——(1)居高傍水,选址定城;(2)顺应水势,围墙筑堤;(3)湖塘渐成,沟渠疏导;(4)逐水而居,四围览胜;(5)湮城为湖,虚实相生。【结论】黄泛平原古城在洪涝灾害与人工水利干预的共同作用下,形成了独特的城-湖风景,其结构体系、营造方法对于当代城市风景的建设、城与水关系的健康发展仍具有重要的参考意义。

银川市黄河滩地土壤性状空间分布特征与肥力质量评价

为阐明银川市黄河滩地土壤性质的空间分布特征,分析不同用地类型(荒地、林地、耕地、退耕地)之间土壤性质的差异,通过均匀取样法实地采集银川市黄河滩地耕层土壤样品92份,采用地统计学和模糊数学法对土壤容重、孔隙度、田间持水量等物理性质和pH、电导率、可溶性盐、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮等化学性质的空间分布特征进行了分析和综合评价。结果表明:银川市黄河滩地表层土壤容重在1.07~1.52 g/cm^(3),田间持水量为18.18%~31.16%,总孔隙度介于33.60%~49.83%,毛管孔隙度在26.67%~36.43%,非毛管孔隙度为5.6%~17.00%;土壤均为盐碱土,氮、磷元素含量偏低,其余养分含量处于中等水平;不同用地类型之间,林地的物理特征表现最优,退耕地土壤pH显著高于耕地(P<0.05),电导率、可溶性盐和铵态氮含量均表现为退耕地显著高于其他3种用地类型(P<0.05),全磷含量表现为林地显著低于其他3种用地类型(P<0.05),有效磷含量表现为耕地和退耕地显著高于林地和荒地(P<0.05),其余理化性状差异不显著;田间持水量、总孔隙度和非毛管孔隙度在空间上的分布总体表现为上游偏大、下游偏小,容重、pH、电导率、可溶性盐含量、有效磷含量在空间上的分布特征与之相反,其余理化性状空间分布特征规律性不明显。研究区土壤综合肥力指数(IFI)平均值处于中下水平,土壤pH和无机态氮是土壤质量的制约因子,要改善土壤酸碱度、提高氮素含量才能提高整体土壤质量水平。

黄河湿地漫滩区特殊地质桩基施工技术研究

在黄河湿地漫滩区特殊地质条件下,桥梁桩基施工无法保证成孔质量。针对此问题,研究分析了桥址区的地质情况,以及钻孔过程容易塌孔、缩颈的原因。在钻孔时采用打设超长钢护筒、清孔采用除砂器等新技术、新工艺,解决了桩基成孔难题。结果表明,对于深厚淤泥砂土地层的桩基施工采用长护筒穿过淤泥层,能有效避免塌孔、缩颈问题,清孔过程增加除砂器,能较快地降低泥浆的含砂率,缩短清孔时间,减小孔底沉渣厚度,达到快速灌注水下混凝土的目的。对于类似地质条件下的桩基施工具有指导作用。

游荡型黄河滩涂植物群落多样性及种间联结性

黄河干流流量季节性变化和小浪底“调水调沙”形成了黄河河南段特殊的游荡型滩涂生态系统,为揭示游荡型黄河滩涂(嫩滩、二滩、高滩和大堤)群落组成和种间关系及群落稳定性规律,于2015年9月至2018年11月,采用典型样方法在郑州黄河湿地自然保护区游荡型黄河滩涂开展群落学调查,利用149个草本层样方分析群落物种组成、多样性、种间联结性和群落稳定性。结果表明:(1)研究区植物共有90科289属445种,其中被子植物87科286属440种,裸子植物2科2属3种;蕨类植物仅见1属2种。(2)不同滩涂生境优势种具有显著差异,且总体狗牙根(Cynodon dactylon)、芦苇(Phragmites australis)和小蓬草(Erigeron canadensis)为优势种,国家二级保护植物野大豆(Glycine soja)呈斑块聚集分布,且为嫩滩和二滩亚优势种。(3)大堤物种多样性各指标取值最大,嫩滩次之,二滩和高滩较小。(4)χ^(2)检验、Jaccard指数、Pearson相关检验和Spearman秩相关检验表明,优势种种对种间联结性不强,各物种间相对独立。(5)二滩总体联结性呈现不显著负关联,其他3种类型均为显著负关联,M. Godron稳定性分析说明群落总体均处于不稳定演替阶段。因此,游荡型黄河滩涂生态系统总体不稳定,河道的游荡多变导致滩涂植物更新频繁,这可为黄河流域生态保护和高质量发展国家战略提供重要基础数据和科学指导。

黄河下游典型滩区土壤重金属污染特征及来源解析

针对黄河滩区土壤重金属污染、来源复杂的问题,该研究以原阳滩区复合污染土壤为例,结合土壤重金属含量空间分布和正定矩阵因子分解(positive matrix factorization,PMF)模型,探讨滩区土壤重金属富集特征及来源。源解析结果表明,原阳滩区土壤重金属污染受工业源、交通源、自然来源、燃煤污染源和农业源影响,农业源占主导,相对贡献率达23.5%,其次为工业源、自然来源、交通源、和燃煤污染源。该研究能够准确解析多金属复合土壤复杂成因,可为黄河滩区多金属复合污染土壤的污染源识别提供参考。

河势特征分界下的黄河滩区周边城镇生境质量与景观格局演变

在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,加强对黄河滩区生境质量及其驱动机制研究对区域生物多样性保护和生态韧性提升具有重要意义。以黄河滩区沿河城镇为研究区,依据河势特征将其划分为4个河段和14个子研究区,并基于InVEST模型与3类景观格局指数分析论证不同河势特征分界下生境质量与景观格局的时空演变规律。结果表明:(1)生境质量方面,2000—2020年研究区生境质量整体呈下降趋势,各河段生境质量平均值由大到小依次为河口段、弯曲段、游荡段、过渡段;(2)景观格局方面,各河段之间景观破碎度指数波动最小,并随城镇化发展破碎化程度逐渐减弱,连接度与复杂度波动明显,且因河势特征存在差异性变化;(3)生境质量与景观格局相关性方面,多数土地景观格局指数与生境质量显著相关,但关联程度有所下降。相同地类景观格局指数在不同河段内表现出不同甚至反向的互动关系。研究表明,河势特征是黄河滩区生境质量的全局性支撑或限制因素,其作用主要体现为对黄河滩区周边城镇土地空间发展的差异化影响,该影响直接作用于紧邻黄河地带的城镇组团,并间接影响其他区域,在一定程度上左右了城镇发展主向以及土地转化、空间格局的演变规律,最终影响区域生境质量的分布格局。研究结果对黄河滩区重要生态功能区的生境保护与生态系统功能调控具有一定的理论与实践价值。

苏北黄泛平原典型城市天然“海绵体”潜力评价体系

苏北黄泛平原地势平坦,浅部地层结构松散,可储水“海绵体”特征明显。为评价该区域“海绵体”雨水渗储潜力,以南部的江苏宿迁市区为例,在系统分析天然“海绵体”渗储能力主要影响因素的基础上,构建了天然“海绵体”雨水渗储潜力两级评价指标体系,借助层次分析法计算各指标权重,运用MapGIS进行综合评价。结果表明,废黄河漫滩区天然“海绵体”雨水渗储潜力较好,漫滩区以外区域渗储潜力一般或较差。

黄河滩区周边乡村聚落空间分布特征、机制及聚类发展策略

理解黄河滩区周边地理单元内乡村聚落的空间分布特征和机制,有助于滩区周边地域内的乡村差异化管控实施。研究首先借助空间测度指标描述滩区周边地域内的乡村聚落空间集聚性特征,进而使用地理探测器工具分析自然地理环境和社会经济环境对乡村聚落空间分布的解释力,最后借鉴TWINSPAN方法聚类划分乡村聚落。结果表明:黄河滩区周边乡村聚落具有聚集型的空间分布特征,总体呈现出3组集中连片的空间分布形态;乡村聚落空间密度核心呈现明显的“水体导向性”,并在社会经济因素影响下形成了环区域性中心城市分布、区域县级市内部分布、独立分布3种空间关系;基于7项显著相关性变量可在黄河滩区周边地域内耦合聚类出4种乡村聚落类型,可对应集聚提升、城郊融合、特色保护与一般存续等主要发展方向。研究可以为黄河滩区周边乡村聚落聚类发展的政策制定提供直接的空间依据。

黄河滩区周边城镇生境质量及景观格局的时空演变

以黄河滩区周边城镇为研究区,基于InVEST模型与6项景观格局指数进行生境质量演变与景观格局的相关性分析,结果表明:(1)生境质量方面,自1980年以来研究区生境质量呈持续下降趋势,冷热点集聚效应明显;(2)景观格局方面,耕地斑块优势程度最强,建设用地斑块破碎化程度最高,林地、草地仅在连接度指数上与之相近,但草地COHESION、AI指数在2000—2010年间大幅度下降;(3)生境质量与景观格局相关性方面,水域LPI、AI等指数与生境质量均呈显著的相关性,耕地、建设用地在LSI、COHESION等方面也表现出突出影响。研究结果对黄河滩区及周边城镇区域重要生态功能区的生境保护具有一定的理论与实践价值。

林龄对毛白杨功能性状和林下土壤理化性质的影响及其耦合关系

为了揭示毛白杨(Populus tomentosa)人工林对环境的适应策略,并为更好地营林提供科学依据,以鲁西黄泛平原区域内10、20、35年生毛白杨人工林为研究对象,测定枝条及叶片功能性状共10个指标,分析毛白杨功能性状随林龄的变化规律,阐明影响功能性状变化的主要指标,辨析功能性状与环境因子之间的关系。结果表明:(1)在不同林龄下,枝条密度变异系数最小,为10.431,叶氮磷比变异系数为94.243,表明叶氮磷比受林龄的影响较大,枝条密度则较为稳定。3个林龄的叶片氮磷比显著低于14,表明毛白杨生长主要受氮限制。(2)随着林龄的增加,土壤环境得到改善,土壤全氮与土壤速效钾都呈增长趋势,土壤容重呈减小趋势,这些变化都有利于毛白杨更好地生长。(3)在各环境因子中,林分密度、土壤速效钾、土壤容重和土壤含水量是显著影响毛白杨人工林生长的环境因子。研究证明,在不同林龄下,毛白杨的功能性状在兼顾生长与环境的变化中表现出较强的适应性,该区域毛白杨生长主要受氮限制,可以适当施以氮肥以利于其生长。

黄泛平原风沙化土地种植牧草改良土壤效果研究

通过野外取样与室内分析相结合的方法，研究了黄泛平原风沙化土地种植高丹草、无芒雀麦、黑麦草、阿尔冈金苜蓿、沙打旺、草木樨后的土壤改良效果。结果表明：与对照风沙土相比，牧草种植区的土壤容重减小，土壤总孔隙度、毛管孔隙度与非毛管孔隙度增加，持水性能提高；土壤中的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别提高了14．29％～126．53％、22．72％～376．15％、12．72％～364．09％和17．78％～114．76％，但不同牧草改良土壤的效果不同，豆科牧草对土壤的改良效果优于禾本科牧草。

新时期黄河下游滩区治理方向研究

黄河下游滩区经济社会发展与黄河防洪安全之间的矛盾是当前滩区治理面临的核心问题。滩区治理方向长期悬而难决,主要面临4方面挑战,在实测资料分析和数学模型计算基础上,系统研究了各种挑战及其解决思路,包括:通过流域系统治理以应对水沙变化不确定性,解除下游河道长期泥沙淤积风险;通过对含沙洪水与非含沙洪水进行精准分类,解决大洪水对宽河与高效输沙对窄河需求各异的难题,使得下游河道"宽"与"窄"相得益彰;通过对河势控制薄弱河段加强治理,解决"二级悬河"形势依然严峻和游荡型河道河势尚未得到有效控制的短板问题;通过走人水和谐的滩区治理道路,解决滩区人水争地长期矛盾的困局。针对人民不断提高的治河需求,综合考虑防洪减淤情势及保障能力,提出了下游实施"一河两道"建设战略的建议,即在维持下游河道现状"一条宽河"前提下,全面加强"高效行洪输沙通道"和"美丽生态文化廊道"建设,让河槽行洪和滩区发展环境得到双提升。

黄泛平原发展牧草产业治理风沙化土地的探讨

在分析山东省黄泛平原风沙灾害治理及防护林体系现状的基础上,指出黄泛平原风沙区防护体系单一,防护能力薄弱,近地表风沙活动强烈;黄泛平原是山东省的畜牧业发展主要区域,但其天然草地资源不足,发展潜力有限;土壤质地差、肥力低,风、沙、薄成为制约黄泛平原风沙区农牧业发展的障碍因子,但黄泛平原光热资源丰富,水分资源充足,适宜于种植牧草。基于牧草的防护能力和黄泛平原风沙区的自然资源特征,探讨了其发展牧草产业的重要性和有利条件,提出引草入田、引草入林,调整种植结构,构建以草为核心的农林牧复合生态经济系统的生产途径,并提出了发展牧草产业的几种较为典型的种植模式。

论黄河下游河道的生态安全屏障作用

黄河下游近800 km河道是举世闻名的"地上悬河",是淮河水系和海河水系的分水岭。人民治黄70 a来,黄河下游治理取得了举世瞩目的成就,由下游标准化堤防、河道、中游水库群、分滞洪工程、非工程措施等所构成的防洪体系已成为黄淮海平原的生态安全屏障。但是,由于黄河水少沙多、水沙关系不协调,因此泥沙问题长期以来并没有得到根本解决,威胁下游防洪安全的"二级悬河"不利形态依然存在。依靠自然力量和现有水沙调控体系无法消除"二级悬河",治理"二级悬河"并彻底控制其进一步发展,必须借助于人工干预。本文提出结合现有技术,完善水沙调控体系,有效进行调水调沙,恢复下游合理的行洪滞洪处理泥沙的河道形态,以确保黄淮海平原生态安全屏障的安全。同时,结合沿黄城市发展,打造集滩区居民脱贫与持续发展、"二级悬河"治理、沿黄城市生态空间等为一体的生态带。

黄河泛滥平原全新世沙尘暴活动的历史记录——以颖河上游一典型剖面为例

研究了淮河支流颖河上游嵩山东麓一典型全新世黄土—古土壤剖面,获得了较高时间分辨率的磁化率、粒度成分和>0.063mm粒级百分比含量等环境代用指标系列。通过地层对比研究,确定了该剖面的基本年代框架。分析了颖河上游全新世黄土—土壤磁化率、粒度特征,论证了颖河上游全新世黄土—土壤物质粒度成分与黄河泛滥沉积沙尘暴活动关系,揭示了颖河上游全新世黄河泛滥平原沙尘暴活动特征。3100aBP以来气候趋于干旱,黄河下游泛滥频率增加,风沙活动范围显著扩大,沙尘暴活动强烈。

公元前602年至公元11年黄河下游冲积平原沉积特征分析

根据钻孔中沉积物性状的详细描述、样品粒度分析资料，结合已有黄河下游历史变迁及沉积物测年成果，分析了公元前602年到公元11年黄河下游冲积平原的沉积特征和沉积环境的变化。发现可以利用沉积物颜色、组成、粒度组成变化比较准确地确定研究区公元前602年的古地面，砂粘比Kd值是确定界线的很好指标。公元前602年以后的黄河冲积平原沉积物以浅黄色、黄色、棕色砂质亚沙土和粉质亚粘土为主，少量粉质亚沙土，平均粒度范围为3．31～6．12中，分选较差，偏度多为正偏或极正偏，峰态为窄峰、很窄和中等峰态。总体上由上游到下游平均粒径逐渐变细，标准离差增大，峰度减小，即水动力减弱，分选程度降低。对比分析发现，古黄河冲积平原沉积与现代黄河河漫滩沉积样品相比粒径明显偏细。钻孔Kd值随深度的变化揭示，从公元前602年到公元11年，黄河下游冲积平原沉积环境的水动力条件发生了两次明显的强弱变化。

黄河下游河道治理模式探讨

黄河下游滩区是行洪、滞洪、沉沙和180余万人生活的重要场所,滩区治理模式受到人们广泛关注。通过分析一体化治理、分区治理两种典型模式的共同点与不同点,认为实行分区管理模式更有利于实现人水和谐共处、保证防洪安全、支持滩区经济社会的可持续发展,并且有较强的可行性和优越性。

黄河下游河道湿地浅析

黄河属于高含沙河流,自小浪底以下河道大部分为宽浅游荡型河道,形成了特有的黄河河道湿地。研究认为:黄河下游河道湿地是黄河小浪底以下河道行洪的重要组成部分;湿地保护应考虑下游滩区的现状,并应与下游综合治理相结合;黄河下游频繁断流对湿地的破坏较大;黄河下游滩区生产堤的修建既影响防洪又不利于河道湿地发育;黄河下游河道湿地的存在有利于沿黄两岸生态环境的改善。提出黄河下游河道湿地的研究方向为:①河道典型湿地价值评估研究;②黄河下游河道湿地规模与黄河径流补给的响应关系研究;③黄河自然洪水对下游河道湿地的影响效应研究;④黄河调水调沙对河道湿地的影响效应研究等。

黄泛平原古城“环城湖”与城市防洪减灾

以黄泛平原为研究背景,以该地域内形态相似的"环城湖"为研究对象,通过对其构成要素、历史成因、演变过程、空间格局等方面的研究,探讨了"环城湖"在黄河洪水与泥沙作用下的生成机制与演变规律。认为:古城"环城湖"是特定自然条件下黄河泛滥引起生态环境改变与古代城市营建模式共同作用的结果,在古城营建过程中承担着泄洪、排涝等防洪减灾功能,并在当今城市建设中仍发挥着重要作用;只有充分了解古城"环城湖"的形成过程与演变机制,才能重新认识和定位"环城湖"的当代价值,从本质上把握古城"环城湖"的特色与精华。

黄河下游河道与滩区治理研究的趋势与进展

在回顾黄河下游河道与滩区治理研究现状、研究的总体目标、面临的主要现实问题基础上,指出需要解决的关键科学问题有:黄河下游中水河势稳定控制与特殊洪水行洪共适应机制及实现技术;常态中小流量下黄河下游河槽输沙能力提升的机理与技术;黄河下游宽滩区稀遇洪水行洪空间确定方法及其良性治理模式。需要开展的研究内容包括黄河下游未来洪水条件及其灾害情景、滩槽演变趋势及河槽变幅、河道输沙阈值及水沙调控作用潜力、河势稳定制导与输沙能力提升技术、滩区功能约束及其良性治理体系、综合治理决策支持系统开发及治理方案优化、河势控制与滩区治理示范研究等。最后介绍了项目组通过近期集中研发攻关与强力推进,在学科基本理论、河道冲淤预测方法与输沙效率、河道整治治导线流路规划设计方法、治理方案效果初步研究等方面取得的进展。