Improved ecological development model for lower Yellow River floodplain,China

In this study,a model for the development of the wide floodplain in the lower Yellow River Basin,in China was developed.This model includes flood control schemes using grading criteria,enables sediment deposition in partitioned zones,and allows free exchange between channel runoff and sediment.The wide floodplain located between the main channel and levees is divided into three typical regions:the tender,low,and high floodplains.Different ecological models should be applied when these floodplains are constructed.This paper describes the associated research ideas and methodology,and clarifies several key issues,including sediment prediction and regulation,land planning,land use,and a multi-dimensional framework of safeguard measures for industries on the lower Yellow River floodplain.A refined ecological development model is proposed for the lower Yellow River floodplain,and future work on ecological and sustainable development of the lower floodplain is suggested.To establish a comprehensive system integrating runoff and sediment resource regulation in the Yellow River Basin,future work should focus on runoff and sediment exchange mechanisms in the wandering lower reaches.Furthermore,it is necessary to improve theories on floodplain planning and ecological construction,and these theories should be integrated with the research findings on land development across the lower Yellow River floodplain.©2020 Hohai University.Production and hosting by Elsevier B.V.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

黄河下游滩区安全建设的思路对策研究

黄河下游滩区既是滞洪沉沙的场所,也是滩区群众赖以生存的家园,防洪运用和经济发展矛盾长期存在,是黄河治理和保护的重点和难点。坚持以人民为中心的发展思想,提出既要牢牢把握滩区滞洪沉沙功能定位,又要切实维护好滩区群众利益,以实现人的全面发展为中心,优化调整滩区安全建设的总体思路,把实施外迁为主作为战略方向,将工作重心由“房”和“地”调整为“人”,构建“2+N+X”的规划政策框架体系,统筹推进“安居”和“乐业”,更加重视教育和就业的引导作用,扎实推动滩区安全建设取得积极进展。

黄河下游滩区1985–2020年30 m分辨率土地利用/覆被变化数据集

黄河下游滩区是黄河流域的重要组成部分。建立长序列、高精度的黄河下游滩区土地利用/覆被变化数据集,再现其历史轨迹,把握现实格局,对黄河下游滩区高质量发展及其相关问题的科学研究而言,是一项具有重要意义的基础性工作。本文选取1985–2010年36景Landsat5 TM、2015–2020年8景GF-1 WFV和12景Landsat8 OLI遥感影像,采用随机森林、人机交互解译和混淆矩阵精度评价等方法,研制了1985–2020年每5年共8期黄河下游滩区土地利用/覆被变化数据。数据空间分辨率为30 m,总体精度均达90%以上,Kappa系数高于0.85。本数据集可为区域生态环境保护、国土空间规划、黄河流域典型区域自然–人文系统耦合过程、机理、测度等研究提供科学数据支撑。

维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案

变化环境下研究提出可以维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案对黄河下游乃至流域治理具有重要指导作用。通过实测资料分析、数学模型等手段,分析入黄泥沙的时空分布变化,认为三门峡水库建成后的3个水库运用阶段输沙入海是泥沙处置的主导方式,小浪底水库建成后变为以水库拦沙为主导,大型水库是影响泥沙空间分布及河道冲淤的重要因子;黄河年均来沙8亿、6亿、3亿t情景,黄河下游无法实现河道和滩区稳定,拟定了5个泥沙处置方案,通过分析评价得到最优方案,即古贤、桃花峪水+库滩区生态治理方案,建设古贤水库可以基本实现黄河下游50a河床不淤高,滩区生态治理能够消除“二级悬河”,加上桃花峪水库可显著提高滩区防洪标准,综合评价该方案最优。

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。

黄河下游河道形态变化及应对策略——“黄河下游滩区生态再造与治理研究”之一

在对黄河下游河道形态演变过程以及"一级悬河""二级悬河"成因进行分析的基础上,针对宽河固堤、窄河固堤、防护堤等治理思路,认为泥沙处理是黄河下游治理的关键所在,下游滩区仍需长期发挥滞洪、沉沙作用,窄河固堤、防护堤等方案将会加剧"二级悬河"的不利态势,不利于黄河长治久安。为实现滩区"洪水分级设防,泥沙分区落淤,滩槽水沙自由交换",保障黄河下游长期防洪安全,构建黄河下游沿黄城市生态空间,推动滩区群众快速脱贫致富,实现治河与惠民双赢,在充分吸纳黄河下游河道治理成果的基础上,经论证提出了黄河下游生态治理新思路,即对滩区进行功能区划,分为生态移民安置区、高效农业区以及资源开发利用区等,利用泥沙放淤、挖河疏浚等手段,将由黄河大堤向主槽的滩地依次分区改造为"高滩""二滩"和"嫩滩",各类滩地设定不同的设防标准。

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。

黄河下游漫滩洪水冲淤规律

滩地的淤积层分布记录着以往漫滩洪水的特征,即反映漫滩洪水的量级、频率和持续时间等,同时河漫滩也是预估河流泥沙、洪水灾害防治和湿地生态系统保护等的重要组成部分。根据黄河下游水文年鉴资料,分析滩地的淤积与漫滩洪水的定量关系,为未来河流泥沙预估提供依据。经分析得到大漫滩洪水在来沙系数S/Q<0.030kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。当S/Q<0.030 kg·s/m6时,大漫滩洪水滩地的淤积量主要与漫滩系数Qmax/Qp、上滩水量W0和含沙量S有关;大漫滩洪水的主槽冲刷量则除了与洪水期水量W和沙量Ws有关外,还与滩地的淤积量有关。一般漫滩洪水,当来沙系数S/Q<0.023 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。一般漫滩洪水主槽冲刷量与来沙系数S/Q和洪水期水量W有关,而滩地淤积量仅与含沙量S有关。黄河下游漫滩洪水滩地的淤积和主槽的冲刷主要发生在孙口以上河段,而孙口以下河段主槽冲刷和滩地淤积量均较少。

黄河下游河道治理战略研究

从有历史记载以来,黄河治理就备受关注,就治河而言,从未停止过宽河与窄河的争论。宽河方略以现有黄河大堤为堤线,以逐步废除生产堤全滩区运用方案作为代表方案;窄河方略堤线考虑河道整治工程治导线、有关滩槽划分界限成果、河道内现状工程分布等因素,陶城铺以上宽河段平均堤距4 km左右、陶城铺以下河段基本维持现状堤线布置。通过对宽河方略、窄河方略下不同方案的设置条件、运用方式等进行研究,从对下游防洪、河道冲淤的影响、治理效果及经济指标、治理风险等多方面对两种方略进行比较,认为宽河方略可以更好地发挥宽滩区的滞洪沉沙作用,利于洪水的管理和调度,可为下游河道治理和滩区群众生产发展共赢创造条件,应作为黄河下游河道治理的推荐方案。

黄河下游滩区生态治理模式与效果评价——“黄河下游滩区生态再造与治理研究”之五

黄河下游滩区是黄河行滞洪沉沙区域,也是滩区居民赖以生存的家园。现状滩区仍有91.58万居民防洪安全缺乏保障,人民生活贫困,黄河下游不利河道形态使得黄河防洪形势依然严峻。在充分考虑新时期国家生态发展战略及沿黄经济社会发展要求的基础上,提出了黄河下游滩区生态治理的5种具体模式及详细实施途径,并从防洪保安、滩区群众安居乐业、生态、经济等多个方面对治理效果进行了评价。结果表明:黄河下游滩区生态治理经济、社会、生态效果显著,可实现治河与惠民的双赢。建议国家加快推进黄河下游滩区生态治理工作。

黄河下游滩区治理研究与展望

黄河下游滩区既是行洪、滞洪和沉沙的重要区域,也是滩区189.5万群众赖以生存的家园,滩区经济社会发展与治河的矛盾已成为相关部门和鲁豫两省关注的焦点之一。系统总结了滩区在洪水泥沙处理中的作用、滩区滞洪沉沙功能变化、滩区分区运用调整可行性、滩区产业发展以及人口搬迁等方面的研究成果,指出当前研究面临的三大难题:一是未来黄河泥沙情势和滩区沉沙功能战略定位认识存在较大争议;二是大规模群众搬迁与可持续发展的关系异常复杂,单靠行政手段推动滩区群众全部搬迁以解决其可持续发展问题的必要性和可行性论证不足;三是滩区生态文明建设与下游防洪治理协同推进模式缺乏研究。提出了急需研究的重点内容,包括从战略层面加强滩区治理方向研究、从方案层面加强滩区不同治理方案影响研究、从技术层面加强下游水沙输移及河道演变关键技术和加强不同滩区发展优势与潜力研究等。

黄河中下游河岸缓冲带土壤粒径分形特征

在人类活动与自然因素的共同作用下,黄河中下游河岸缓冲带土壤结构和植被等受到不同程度的破坏。本研究选择黄河中下游郑州—开封段河岸缓冲带作为研究区,探讨河岸人工林表层0~20 cm土壤颗粒组成和分形维数在不同植被类型和河岸缓冲距离的分布特征及其与群落特征的关系。结果表明：1）研究区土壤颗粒质量分数呈非均匀分布,土壤质地空间分布表现为同质性,不同植被类型和河岸缓冲距离对土壤颗粒组成与土壤颗粒分形维数D值的影响差异不显著,D为2.75左右,土壤结构良好;2）D值与黏粒质量分数均与土壤全碳（TC）、总有机碳（TOC）和全氮（TN）的质量分数显著正相关（P〈0.01）,砂粒质量分数则与TC、TOC和TN质量分数呈显著的负相关（P〈0.01）,粉粒质量分数只与TN质量分数在0.05水平显著正相关;3）草本高度、乔木胸径、高度和郁闭度与D值、粉粒和黏粒质量分数呈正相关,与砂粒质量分数呈负相关。说明河岸人工林覆盖和生物量越大,土壤结构越好。

黄河下游滩区分区治理模式探讨

黄河下游滩区分区治理是在目前干支流水库调蓄能力增强、洪水预报水平提高的情况下,结合社会发展及滩区群众防洪要求而提出的黄河下游治理模式。该模式由现状黄河堤防、险工及控导连坝以及新建的防洪子堤形成封闭区域进行滩区分区治理为总体思路,旨在不危及两岸堤防安全的前提下修建防洪子堤,达到适当提高滩区群众防洪安全的目的,同时妥善安置滩区群众。该模式可较好地保证滩区群众的生活生产安全,而且在适时分洪滞洪沉沙利用滩区时,滩区群众的补偿措施也较易实施。此外,对这种模式下的洪水管理运用、与安全建设和引洪放淤之间的关系进行了探讨。

黄河下游滩区治理与生态再造模式发展——“黄河下游滩区生态再造与治理研究”之四

黄河下游是我国黄淮海平原的生态屏障,"二级悬河"举世闻名,其滩区治理问题一直是治黄工作的重点和难点。黄河下游滩区治理的关键在于稳定主槽,协调水沙关系,并考虑生态发展和社会稳定等多种因素。以往治理模式多立足于治河,在不同的角度考虑了提高河道行洪输沙能力、提升滩区群众防洪安全水平等多方面需求,但均在一定程度存在实施难度大、周期长、无法彻底消除"二级悬河"影响等诸多问题,在生态发展理念方面考虑较少。本文在充分考虑黄河水沙调控体系对协调下游水沙关系的作用后,提出了"洪水分级设防、泥沙分区落淤、水沙自由交换"模式,借以实施黄河下游滩区生态再造与治理,彻底消除"二级悬河"影响,通过与调水调沙工程体系配合,将在一定时期内保证黄河下游滩区的稳定,服务于黄河下游生态经济带建设。

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。

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。

滩区自然-经济-社会协同的可持续发展模式

黄河下游滩区既是行洪、滞洪、沉沙场所,又是滩区民众生产生活的家园。多年来滩区行洪输沙的自然功能,与社会经济发展的社会服务功能协同发展问题一直是黄河下游滩区治理关注的焦点。本文在分析黄河下游宽滩区滞洪沉沙和社会经济发展的基础上,以自然-经济-社会协调发展为目标,构建适用于黄河滩区的系统动力学模型,针对黄河下游滩区最近10年间的社会经济数据进行仿真模拟研究。基于不同来水状态下的治理方案,分析不同量级洪水对滩区经济社会系统发展产生的影响,发现构建8000 m^3/s防护堤方案对于稳定提高滩区农业收入水平具有重要作用,并提出新形势下滩区可持续发展的优化治理模式。

基于流域系统科学的黄河下游河道系统治理研究

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程。系统回顾和总结了欧美等发达国家河流治理的发展历程与经验启示,深刻诠释了河流系统治理的必然性和必要性。在此基础上,结合黄河水沙变化、区域社会经济发展情势以及重大国家战略,分析了黄河下游河道治理研究的现状与局限性,明确了新时代河道滩槽协同、上-中-下-河口联动、行洪输沙-社会经济-生态环境协调治理的战略需求,进而阐述了流域系统科学及其在黄河下游河道滩槽协同治理中的应用价值。

黄河下游滩区不同治理方案研究

定量计算不同治理方案的利弊得失,是黄河下游滩区治理综合决策的重要依据。考虑潼关年均来沙量3亿t,龙门、华县、河津、头四站年均来水242.32亿m^3和潼关年均来沙量为6亿t,龙门、华县、河津、头四站年均来水量为254.63亿m^3两种水沙条件,计算了滩区典型治理方案对下游防洪及河道冲淤的影响,并从淹没面积和淹没人口两方面分析了滩区典型治理方案对洪灾风险及经济社会发展的影响。指出滩区按"适度标准防护"方向治理有利于改善经济社会发展环境,对防洪的不利影响主要是各水文站洪水位有一定程度抬升,对河道冲淤的负面作用大小关键取决于来沙条件。

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。