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。

多沙粗沙区梯田对径流影响的初步分析

在分析梯田入渗规律及其对径流影响机理的基础上,分析了坡改梯对径流的影响,确定了黄土高原多沙粗沙区北、中、西南部的单位面积梯田对径流的影响量。结果表明:梯田对径流影响的最大值出现在北部,特别是较高质量梯田(1、2级)在丰水年份,值最大;中部是影响值最小的地区,这一特点除与该区地形地貌有关外,还与该地区降水量和降水强度较大、产生洪水过程多等因素有关;西南部的影响值处于中部和北部之间,主要是该区特定的地形地貌和降水量偏大,且年内分配相对不甚集中和高强度暴雨相对偏少等因素综合作用的结果。

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。

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 。

窟野河流域暴雨侵蚀产沙研究

本文利用黄河中游多沙粗沙区窟野河流域的水沙资料，对该地区雨洪、泥沙特性及侵蚀产沙特点进行典型分析．提出了降雨分布均匀性系数的概念，并将其与前期影响雨量等定量指标一起引入暴雨侵蚀产沙过程的水沙传递关系中，建立了流域出口径流含沙量与流量、前期影响雨量和降雨空间分布均匀性系数的定量关系．此结果对多沙粗沙区流域次暴雨侵蚀产沙预报，以及多沙粗沙区的治理具有重要意义．

黄河粗泥沙集中来源区区域地形因子比较研究

在黄河粗泥沙集中来源区的清水川流域,以1∶10 000比例尺地形图上的小流域为基本单元,在1∶250 000比例尺DEM上提取地表起伏度、高程变异系数和等高线密度等区域土壤侵蚀地形因子,以1∶10 000比例尺计算的地形因子为真值,拟合各区域土壤侵蚀地形因子的计算方法。结果表明,等高线密度是合适的区域土壤侵蚀地形因子计算指标。应用该方法在皇甫川下游进行检验,模拟结果误差小于10%,效果良好,可作为土壤侵蚀区域地形因子计算时指标选择的参考。

黄土高原多沙粗沙区生态环境评价

以水土保持作用系数、降蒸差、初级生产力为评价因子,对黄土高原多沙粗沙区的生态环境现状进行了评价,并根据近40年气候变化的规律及国家气候中心GCM模型对未来50年气温、降水的预测结果,对未来该区生态状况进行了预评估。提出,要改变生态环境脆弱、生产水平低下、资源利用和潜力发挥受阻的局面,进行生态环境建设,实行农业结构调整,宜林则林、宜草则草、宜沙则沙,是十分有效的途径。

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。

黄河中游多沙粗沙区土地利用与覆盖变化分析

黄河中游多沙粗沙区是黄河中下游淤积泥沙的主要来源区,所以研究多沙粗沙区的土地利用与覆盖变化具有重要的现实意义。利用具有时间序列的多沙粗沙区土地利用图,在地理信息系统的支持下,分析了该区1980年到1997年间土地利用的时空变化规律,以及土地利用、土地覆盖变化的驱动因子,并结合多沙粗沙区的自然特征,对该区的水土保持、生态环境建设提出了一些建议。

黄河中游多沙粗沙区粗泥沙输沙模数区域分布及产沙量分析

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05 mm和d≥0.10 mm不同粗泥沙年输沙模数级的区域分布及产沙量的分析,得出d≥0.05 mm粗泥沙年输沙模数大于等于2 500、5 000和10 000 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.82万、1.97万和0.22万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年输沙模数大于等于350、700、1 400和2 800 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.80万、3.94万、1.88万和1.17万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同输沙模数级的区域分布、面积及产沙量,为粗泥沙集中来源区界定提供支撑。

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。

从自然地理背景宏观判析黄河中游粗泥沙集中来源区

为在黄河中游多沙粗沙区确定粗泥沙集中来源区,从黄河中游多沙粗沙区地质构造、地层岩性、地貌类型、水文气象等因素与产粗泥沙关系的区域差异对粗泥沙集中来源区进行了宏观判析,认为在黄河中游多沙粗沙区范围内,吴旗—志丹—延安—延长一线以北、东胜—准格尔—清水河一线以南、吴旗—榆林—神木—大柳塔一线以东(风沙区以东)至晋西北黄河沿岸的范围是侵蚀最为严重的地区,也是粗泥沙集中来源区的宏观待选范围。

黄土高原基岩产沙区治理对策探讨

黄土高原基岩产沙区是黄河粗沙集中来源的核心 ,是我国沙暴扬尘两大策源地之一 ,要想从根本上解决黄河下游河床粗沙淤积的危害 ,制止沙暴扬尘弥漫性扩散范围 ,实现该区生态经济的良性循环 ,基岩产沙区的集中治理起着决定性的作用。本文在砒砂岩地区植物“柔性坝”拦截粗沙成果的基础上 ,提出了一个可操作的治理模式 ,实施这一模式 。

黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中粗泥沙界限的确定

针对黄河粗泥沙界限问题,介绍了粗泥沙界限0.05 mm的由来,利用下游河床质钻孔资料分不同时段研究主槽淤积物粒径组成,利用输沙率平衡法计算下游河道不同时段的区间淤积比和排沙比,利用小浪底水库运用以来下游河床质淤积物钻孔资料分析淤积物粒径变化。依据1960年以前天然情况下、对长系列资料分析结果显示、小浪底水库运用以来的黄河下游主槽淤积物中d≥0.10 mm的泥沙淤积特点,确定应以0.10 mm作为黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限。

黄河中游粗泥沙集中来源区的确定

利用d≥0.10 mm的粗泥沙输沙模数≥1 400 t/(km2.a)的指标在黄河中游多沙粗沙区中界定出粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2,该面积占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,年产沙量为4.08亿t,占多沙粗沙区年产沙总量的34.5%,产生d≥0.05 mm和d≥0.10 mm的粗泥沙量分别为1.52亿和0.61亿t,占多沙粗沙区相应输沙量的47.6%和68.5%,该区是名符其实的产粗泥沙“大户”。

明清以来黄河流域多沙粗沙区耕地发展与土壤侵蚀关系

造成黄河下游河道淤积的粗泥沙主要产自中游多沙粗沙区,由于该区自明清以来人类活动不断加剧,为了研究该区历史时期人类活动与土壤侵蚀之间的关系,应用历史地理学的文献考据方法并结合现代自然地理学野外勘察结果和调查数据,对黄河中游主要多沙粗沙区的皇甫川、孤山川、窟野河、三川河、湫水河等重点流域自明清以来人口、耕地发展与土壤侵蚀间的关系进行分析,得到以下结论:(1)在清乾隆年代以前,导致该区土壤侵蚀的主要原因是自然因素,而非耕地被大量开垦等人类活动;(2)自清乾隆年间始,由于人口增加导致的坡耕地被大量开垦加剧了本区土壤侵蚀,这种情况在20世纪末至21世纪初表现尤为突出;(3)造成黄河下游河道淤积抬升的主要泥沙成份--粗泥沙,主要产自上述5河流域内的基岩而非耕地,由此推断,迄至21世纪初期,由自然因素导致土壤侵蚀而造成的粗泥沙输沙量仍占黄河下游粗泥沙总输沙量的2/3左右。以上结果表明,黄河下游淤积的粗泥沙主要来自于流域内的自然土壤侵蚀,人为因素则是加速土壤侵蚀的催化剂。今后该区仍应持续关注生态建设,尽可能将人为因素导致的土壤侵蚀降到最低。

甘肃省淤地坝水资源的利用潜力

[目的]分析淤地坝拦泥蓄水及其水资源利用潜力,为淤地坝水资源利用及管理提供依据。[方法]本文通过调查法对甘肃省多沙粗沙区淤地坝建设现状、拦沙数量及空间分布、水资源利用效益和利用潜力进行分析。[结果]截至2019年底甘肃省共建成淤地坝1 600座,其中大、中、小型坝各为559,452,589座;坝控面积4 101 km^(2),总库容4.82×10^(8) m^(3),其中设计拦泥库容2.29×10^(8) m^(3)。目前拦泥库容1.43×10^(8) m^(3),占设计拦泥库容的62.37%;拦泥库容中,大、中、小型坝各占80.86%,13.21%和5.93%;泾河流域、黄河干流、渭河流域、洮河流域各占71.46%,13.91%,12.72%,1.91%。由于流域产沙量减少,大型坝平均淤积17 a后(平均设计淤积年限15 a)剩余拦泥库容占设计拦泥库容的43.88%;中型坝平均淤积后(平均设计淤积年限10 a)剩余拦泥库容占设计拦泥库容的38.81%。全省淤地坝剩余拦泥库容8.62×10^(7) m^(3),可作为今后蓄水利用的潜在库容。目前,淤地坝蓄水主要用于应急抗旱、农业及果园高效节水灌溉、土地多种经营及经济综合开发、畜禽养殖、淤地坝田园综合开发利用等。庆阳、平凉、天水和定西市安定区今后可开发用于人饮备用水源地、提灌补灌工程水源地、水体养殖(鱼塘)的淤地坝数量共147座。[结论]为满足当地乡村振兴与高质量发展对淤地坝的社会需求,对有蓄水用水需求的区域,应提高新建坝的设计标准,建设可长期蓄水的高标准淤地坝;对已建成的大中型淤地坝进行提质改造,保证淤地坝坝体、防洪及水资源利用的安全性,同时建立淤地坝风险管控预警机制,有效化解缺水地区淤地坝蓄水用水与防汛管理的矛盾。

黄河中游多沙粗沙区治理对黄河水资源的影响

黄河中游多沙粗沙区,特别是粗泥沙集中来源区的水土流失是黄河泥沙,特别是粗泥沙的主要来源,强化对该区的治理是减少入黄泥沙,特别是粗泥沙,效果最为明显,通过综合治理,在减少入黄泥沙的同时,也必然要减少入黄水量。但应看到,因减少了入黄泥沙,特别是粗泥沙,也会减轻下游河床淤积,因而减少了为维持下游"河床不抬高"而消耗的输沙用水量。研究表明,多沙粗沙区,特别是粗泥沙集中来源区治理程度越高,所节约的输沙水也越多。可以说,加强该区治理,可间接为黄河"增加"水资源。

试论黄河中游粗泥沙集中来源区拦沙工程体系布局

通过对粗泥沙集中来源区拦沙工程建设成就与问题的分析,结合粗泥沙集中来源区沟道特征,提出了粗泥沙集中来源区拦沙工程体系的构成、布局思路、建设原则,提出了“先大后小”、“先下后上”和“分段实施”的拦沙工程建设时序,并针对当前工作实际,提出了亟待解决的几个问题:加快大型拦泥库前期工作步伐、尽快制定大型拦泥库标准、重视各类工程实施进度以及正确理解和执行规范、充分发挥骨干坝的作用等。

秃尾河、窟野河、孤山川产流输沙模型研究

依据秃尾河、窟野河、孤山川三条河流域降雨时空分布极不均匀及产流输沙多集中汛期的特点,将流域分为若干单元,以各单元面积内的时段最大降雨、雨强、地貌参数为影响产流输沙综合指标,最后叠加成总指标的方法,建立了产流输沙次和年经验模型。统计结果表明,模型计算与实测值相比,平均相对误差分别为:年清水模数0.69％～4.5％;年浑水模数0.2％～8.4％;年输沙模数0.05％～11.5％。