黄河中游窟野河流域土壤侵蚀与生态修复研究进展

窟野河流域是黄河粗泥沙的集中来源区,水土流失严重。近年来,伴随着一系列重大水利和生态工程的实施,该区水土流失治理和生态修复工作取得了极大的成效,但该区地处砒砂岩丘陵沟壑区与毛乌素沙地的过渡地带,水蚀、风蚀问题仍旧严峻,生态环境依然脆弱,治理质量亟待提质增效。众多学者在该地区土壤侵蚀机理研究方面取得了丰富的成果,但该地区水文下垫面复杂多变,侵蚀类型多样复合,前人的研究仍沿用黄土高原区的理论与方法,极大地限制了砒砂岩区土壤侵蚀机理研究的发展。本文结合前人的研究成果和作者的科研经验,概括了窟野河流域治理成效,梳理了该地区土壤侵蚀机理与生态修复技术,对该地区水土流失治理中存在的问题进行剖析,发现窟野河流域的复合侵蚀机理研究相对薄弱,需要对区域水分承载能力阈值的精准厘定,且该地区的水土保持措施社会经济效益有待提升,水土保持监管需向智慧化转型,为未来窟野河流域土壤侵蚀机理研究和生态修复技术发展提供方向。

黄河中游多沙粗沙区水土流失治理面临的关键问题与发展对策

黄河中游多沙粗沙区是黄土高原乃至全国水土流失最为严重、生态环境最为脆弱的地区之一。根据黄河流域生态保护和高质量发展国家战略对水土保持的新需求,在总结黄河多沙粗沙区土壤侵蚀状况、水土流失治理现状与成效基础上,分析了目前水土流失治理面临的关键问题,提出了构建区域水土流失防治新格局、建立多沙粗沙区水土保持空间管控制度、加强水土保持重大基础科技问题及关键技术研究、创新生态治理与乡村振兴融合发展模式、加快推动水土保持体制机制创新等对策建议。

黄河上游沙漠小流域粗沙岸坡重力侵蚀滑塌过程及型态的数值模拟

采用黄河上游“十大孔兑”典型沙漠小流域“苏达尔沟”的数字高程数据,以黄土岸坡的滑塌过程和型态作为参照组,基于强度折减理论,通过数值模拟和野外实测资料对比验证,概化模拟降雨均匀入渗条件下沙漠粗沙岸坡的滑塌过程及型态.结果表明:受土体颗粒之间黏聚力的影响,粗沙岸坡主要表现为分层、片状滑塌,而黄土岸坡多表现为块状或团状滑塌;较之黄土岸坡的弧型滑动,粗沙岸坡为折线型滑动,滑塌型态直立,模拟与实测结果定性吻合.

引黄渠道水沙输移及冲淤规律研究

以尊村灌区一干改造渠段为例,研究渠道泥沙输移特性及冲淤变化规律。通过沿程悬移质、床沙质取样和实测流速,分析渠道淤积成因。结果表明,淤积最严重情况发生在渠首,停水期泥沙淤积是造成渠道淤积的重要因素,给出了各输水工况下应满足的挟沙流速,为今后渠道减淤,灌区高效运行提供了依据。

不同砂滤料配比对宁夏引黄灌区盐碱地暗管排水非全流过滤的影响

探究不同砂滤料配比暗管排水非全流装置对农田排水过滤效果的影响,以宁夏引黄灌区稻田盐碱地为试验区,分别设置细砂粒(F1)、细砂粒和细碎石1:2混合(F2)、细碎石(F3)3种砂滤料,研究不同砂滤料配比对滤水流量、排盐及滤沙效果的影响。结果表明,与F1和F3处理相比,F2处理可有效减缓砂滤料堵塞程度,F2处理平均滤水流量较F1和F3处理分别提高131.33%和106.45%;F2处理排盐、滤沙效果同样优于F1和F3处理,其中F2处理滤水中平均TDS含量和浊度相比于F1和F3处理分别降低34.64%、31.40%和31.02%、62.18%。综上,宁夏引黄灌区稻田盐碱地暗管排水非全流过滤砂滤料选用细砂粒和细碎石1:2混合较单一砂滤料而言,可有效提升其过滤性能。

榆林黄河中游粗泥沙区生态问题与生态格局构建

黄河中游粗泥沙是黄河下游地上悬河形成的最重要组成物质,从源头遏制粗泥沙入黄是保障黄河长久安澜的根本之策。笔者采用从大尺度向小尺度梯度分析、生态问题识别诊断与综合评判等方法,确定了陕西省榆林市北部7个黄河一级支流区为粗泥沙主要来源区,并在识别出粗泥沙主要来源区生态问题及其之间关联性、紧迫度、优先度的基础上,提出了榆林黄河中游粗沙区生态保护修复的系统性对策。即围绕2个核心目标、3个关键问题,将研究区划分为10个保护修复单元,提出布局7类工程和29个子项目,构建“1廊2带3区多点”的人与自然和谐共生的生态安全格局,从而达到提升粗泥沙集中来源区生态系统稳定性和韧性,实现从源头遏制粗泥沙入黄,缓解拦沙坝、水库和“地上悬河”泥沙淤积压力的目标。研究成果对于保障中国北方生态安全和能源资源安全等具有极为重要的意义。

基于数字平台的黄河多沙粗沙区分布式水文模型研究——以黄河岔巴沟流域为例

本文以黄河无定河水系岔巴沟流域为例,针对其气候、植被以及下垫面条件等时空变化特征,在全流域1∶1万DEM基础上,建立了具有物理基础的分布式流域水文模型,模型由网格单元的超渗产流模型和汇流模型组成,提出了考虑流域水保措施的流域汇流计算。使用该模型对1970～1989年大中场次洪水进行模拟计算,结果表明:计算值与实测值基本吻合。

黄河源风沙沉积及意义

考察发现黄河源发育有广泛的现代、古代风沙沉积和沙漠化草地。地貌、沉积和年代学的分析表明，这些沙丘都是就地形成的半成熟沙丘，粒度粗，分选中等，形成于四个主要时期，即倒数第二次冰期末、末次冰期最盛期，全新世寒冷时期和现代，为青藏高原及邻区黄土提供了丰富的粉尘。

黄河中游粗沙区范围界定研究

黄河下游沉积泥沙主要来自黄河中游粗沙区，但至今粗沙区的范围及面积还未定论。笔者在理解粗泥沙特定内涵的基础上，提出了粗沙区、多沙区和多沙粗沙区的基本概念的内涵，确定划分粗沙区、多沙区和多沙粗沙区的指标，并进行了形态类型区划分和侵蚀产沙模型建设。在上述过程的基础上，进行了粗沙区范围界定，其结果是黄河中游粗沙区面积为９５５１５ｋｍ２，多沙粗沙区的面积为９４１２１ｋｍ２。

基于DEM的黄土高原沟谷节点分形特征研究

以ASTER GDEM为主要数据源,在黄河中游多沙粗沙区提取22个小流域的沟谷节点(channel junctions,CJs),采用计盒、关联维2种方法对比研究CJs分形特征,并讨论其分形的内涵与影响因素;基于CJs分形特征的聚类分析,探讨样区的侵蚀程度差异。结果表明:(1)黄土高原CJs分形特征明显,不同分形方法度量的几何维数变化相同,盒维数大的样区关联维数也大;(2)CJs分形特征与黄土地貌的发育相关,不同地貌类型呈现出不同的分形维数;但2种分形方法度量出的分维值差异均能与地貌类型保持对应,分形维数排序为:黄土梁峁状丘陵沟壑>黄土破碎塬>黄土梁状丘陵沟壑>黄土塬>黄土山地>黄土峁梁状丘陵沟壑>黄土风蚀沙丘;(3)依据CJs盒维数、关联维数对样区进行聚类分析,结果表明22个样区划分为4种类型,大致对应剧烈侵蚀区、强烈侵蚀区、中度侵蚀区、轻度侵蚀区。研究表明分形方法能较好的刻画黄土高原不同地貌沟谷节点特征,并能在一定程度上反映沟谷侵蚀状况。

黄河中游多沙粗沙区区域界定

经过研究和比较，采用指标法界定了黄河中游多沙粗沙区的区域。全沙模数大于５ ０００ｔ／ ｋｍ２的地区为多沙区，粗泥沙模数大于１ ３００ｔ／ ｋｍ２ 的地区为粗沙区，既是多沙区又是粗沙区的地区即是多沙粗沙区。在经过内业分析、外业查勘和遥感图片对照修正后，确定多沙粗沙区面积为７ ．８６ 万ｋｍ２ 。

基于NDVI的多沙粗沙区植被覆盖度研究

以黄河中游多沙粗沙区皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河和佳芦河5条重点支流为研究对象,以1998年、2009年2期同一时相的TM影像为数据源,以归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度遥感定量模型为基础,提取2期植被覆盖等级,定量分析了该地区植被覆盖度的变化情况。结果表明:通过近10 a来的综合治理,2009年5条流域整体植被覆盖度提高,除皇甫川外,其他4条支流的中下游地区植被覆盖度明显提高。从植被覆盖的等级变化来说,1998年主要的植被覆盖度为0～10%和10%～30%这2个等级,2009年主要集中在10%～30%和30%～50%这2个等级,植被覆盖状况已向良好转变。

基于河流动力学的黄河“粗泥沙”的界定

运用河流动力学原理,从描述泥沙运动特性和异质粒子与紊流跟随性2个角度,分别对黄河"粗泥沙"的理论界定进行了探讨。结果表明,黄土高原进入黄河下游粒径大于或等于0.075 mm的泥沙多难以被水流直接输送入海,粒径小于0.075 mm的颗粒则易在水流中悬浮入海,因此,黄河中游划分粗细沙的临界粒径应该为0.075 mm。

风水两相变化对黄河中游支流粗泥沙的影响

基于黄河中游河口-龙门区间实地考察和对1964—1989年的实测资料进行时空变化分析,结果发现:该区水力、风力变化对河流产出的粗泥沙的量和质的变化具有一定的分异控制作用,水力对河流的输沙量的变化起主导作用,而风力对粗泥沙占全沙的百分比变化起主导作用。随着降雨量的减少和风沙活动的减弱,黄河中游河流输沙量和粗沙比有不同程度的减少,输沙量减少明显,减沙比在50%～70%之间,而粗沙比的变化要小得多,减少量在10%～20%之间。

黄河中游多沙粗沙区水土流失动态变化分析

以2011年和2014年黄河中游皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河4条支流涉及的准格尔旗和神木县两期高分辨率遥感影像为主要信息源,提取了流域内植被覆盖、土地利用、土壤侵蚀等信息,结合各支流水沙情况,分析黄河中游多沙粗沙生态环境状况。结果表明:该区植被覆盖度提高,由低和中低覆盖度为主转变为中低和中覆盖度为主;土地利用方式变化主要集中在林地、草地和其他土地,植被面积增大;土壤侵蚀强度减弱,水土流失面积减小;大力实施水土保持措施对减少径流泥沙起到积极作用,生态环境得到明显改善。

黄河中游多沙粗沙区淤地坝对泥沙的分选作用

利用坝地钻探取样资料,对黄河中游多沙粗沙区坝地淤积泥沙粒径的空间变化进行了分析,结果表明:淤地坝对泥沙具有分选作用,坝前泥沙粒径小于坝尾泥沙粒径;泥沙颗粒越粗,这种分选作用越明显。从而认为,在粗泥沙产沙区淤地坝能够起到一定的淤粗排细作用。

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。

山东黄河沉沙池区综合治理技术及经济效益分析

沉沙池区沙化土地是人为形成的沙地 ,土壤含沙量高、保水保肥性差、地表凹凸不平。通过平整土地、营建农田防护林体系、改良土壤、发展高效优质农业 ,池区面貌焕然一新 ,大大改善了生态环境、提高了土地生产力、增加了群众收入。经过投资效益分析 ,此项目投入产出比为 3.5 3、投资回收期为 2 .13a、治理效果良好。

黄河中游多沙粗沙区区域界定

三门峡水库和黄河下游河道主要淤积物是粒径d≥0.05mm的粗泥沙。黄河中游多沙区有11.92万km^2,粗沙区7.86万km^2,两者套绘在一起的多沙粗沙区面积7.86km^2。重点治理该区严重的水土流失,是减少黄河下游淤积的关键。

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。