黄河流域水生态环境变化特征分析

黄河是我国重要的生态屏障、西北和华北地区重要的水源地,在气候变化和人类活动双重影响下,精准掌握黄河流域水生态环境状况可为流域生态保护和高质量发展提供技术支撑。选取黄河干流及主要支流无定河、汾河、渭河和伊洛河共121个监测点位的水质、浮游植物、浮游动物、底栖动物4类指标,对黄河流域水生态环境状况进行评估。结论如下:黄河干流水质状况较好,达到Ⅱ类标准,支流无定河、汾河、渭河和伊洛河水质总体达到Ⅲ类标准。综合水质指标法分析结果显示黄河流域不同河段水环境在四季均达到了良好级别,部分河段达到优秀级别。黄河干流及重要支流浮游植物共检出7门60属136种,与20世纪80年代和2008年相比,种类数减少但生物量大幅度增加,近15 a黄河干流及重要支流浮游植物优势群落较为稳定;浮游动物共检出4类75种,以轮虫纲(占比为44.00%)和桡足类(占比为28.00%)为主;底栖动物共检出4类72种,与20世纪80年代和2008年相比,生物量分别降低84.83%和36.97%。黄河干流及主要支流水质、浮游植物、浮游动物和底栖动物状况具有明显的时空异质性,整体上水生态环境状况逐渐改善。

黄河源区生态环境系统格局与服务功能演变

基于2017年以来的水质监测数据、1980—2020年土地利用类型数据以及1956—2020年的水文数据,对黄河源区水资源、水环境、水生态和生态系统格局及服务功能等生态环境全要素演变特征进行了分析研究。结果表明:黄河源区1956—2020年唐乃亥站年径流量呈现不显著波动增加趋势,在整个65 a的研究尺度上,源区径流存在2次较大尺度的丰枯交替变化,即枯(1956—1965年)—长丰(1966—1989年)—长枯(1990—2005年)—偏丰(2006—2020年);近10 a黄河源区水质整体呈良好状况,底栖动物多样性总体表现为α多样性低、β多样性高的特征;黄河源区河流演变丰富了底栖动物栖息地类型,提高了底栖动物的丰度、密度和生物量,且黄河源区河流生态系统处于长期变化的动态平衡状态;1980—2020年黄河源区综合土地利用动态变化幅度较小,景观生态格局总体表现为异质性增强,破碎化程度上升,连通度下降;1980—2020年黄河源区生态系统服务功能整体向好,其水源涵养功能、碳储功能、生境质量和洪水调蓄功能均在稳步提升。

基于黄河流域系统治理的水库多目标调度约束阈值研究

水库是流域水沙调控以及水资源优化配置的重要抓手,黄河流域的水库调度最初以防洪减淤为目标。新形势下,黄河流域面临不断变化的来水来沙条件、库区-河道边界约束、区域社会经济发展和生态环境需求等,黄河流域亟需基于系统治理理念,突出流域系统可持续运行的水库多目标协同调度。本文依据流域系统科学理论和方法,通过资料分析、数据挖掘、关联度识别、回归分析等方法,筛选了黄河流域系统中行洪输沙、社会经济、生态环境各子系统表征指标,阐明了黄河上、中、下游不同河段多维约束因子的演变过程,揭示了黄河干流调控体系主要约束因子的相互作用关系,提出了基于多目标协同的黄河干流水库调度约束因子阈值,为黄河流域水库多目标协同调度提供科技支撑。

加快推进黄河水文化建设的思路与措施

黄河水文化是黄河文化的重要组成部分,对黄河保护治理具有制约、调节和指导作用。本文论述了黄河文化与黄河水文化的关系,分析了黄河水文化建设中存在的系统性不够、保障措施不到位、体制机制不完善等问题。通过强化流域机构的核心推动作用、加强黄河水文化基础理论研究,以及开展黄河水文化建设顶层规划、系统挖掘和整理黄河水文化资源、组建黄河水文化研究大平台、确保黄河水文化人才队伍的稳定与可持续、丰富黄河水文化宣传教育手段、完善法律法规和制度标准建设等具体措施,助力黄河水文化繁荣发展,为新时代黄河保护治理贡献智慧力量。

黄河流域生态保护问题与对策探讨

根据黄河流域生态保护和高质量发展这一重大国家战略的目标要求,梳理了当前黄河流域生态保护中存在的突出问题,从科学研究的角度,探讨了针对生态保护问题亟须开展的研究课题,并在此基础上初步提出了黄河流域生态保护的对策与建议。黄河流域生态保护中的突出问题为:黄河源区生态退化问题仍未根本解决;黄河上游农业面源污染仍未有效治理;黄河中游水土流失治理任务依然艰巨;黄河下游及河口地区生态系统质量有待提升;黄河流域生态流量保障程度亟待提高;黄河流域水生态水环境问题不容乐观。针对这些问题,亟须在生态保护配置格局、水源涵养能力、水生态环境修复、水生态环境承载力、新兴污染物及流域生态补偿机制等方面开展相关的理论分析和技术研究,同时,加强战略层面研究、加快流域河湖岸线确权划界工作、实施生态水量统一调度、做好黄河文化支撑、推进黄河立法,多措并举,确保黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略稳步推进。

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。

“7.20”暴雨对黄河干流河南段水文水质影响及应对措施分析

气候变化背景下极端天气事件对人类和自然生态系统造成的影响越来越受到关注。通过对河南2021年“7.20”暴雨后黄河干流河南段水质进行跟踪监测以及对暴雨前后各代表站流量含沙量等水文要素分析,揭示“7.20”暴雨引发的黄河干流水文要素变化状况以及对应污染物输移规律,探究此次暴雨对黄河干流河南段水文以及水质的影响。研究结果表明,各水文站点含沙量变化趋势与流量变化趋势保持一致,呈显著正相关性,均为先上升后下降趋势,同时受降雨汇流状况影响,峰值出现时间有所差别。暴雨给黄河干流河南段水质带来一定不良影响,其中,主要超标污染物为TP与TN。TP可快速恢复至正常水平,TN浓度达到峰值后持续下降,其余指标略有波动,但可较快恢复至暴雨前水准。总体而言,暴雨引发了严重的总氮超标现象,持续时间较TP等指标长,且氮磷具有异源性。但暴雨引发的水质污染是短期、动态可恢复的,入河污染负荷未长时段超出黄河干流环境容量。建议采用LID措施、耕作方式调整、调蓄池、农村坑塘体系、滨水缓冲带、生态沟渠等手段,降低暴雨期氮磷等污染物入河风险,保护黄河健康。

黄河下游河道滩槽协同治理驱动-响应关系研究

随着黄河流域下垫面条件、进入黄河下游的水沙条件、区域社会经济发展等发生的一系列显著变化,特别是黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施,运用系统思想与方法来研究并实现黄河下游河道滩与槽的协同治理,成为新时代下游河道治理综合提升的重中之重。在将黄河下游河道河流系统划分为3个子系统,即维持河槽基本功能的行洪输沙子系统、保障滩区居民生产生活安全的社会经济子系统、维持滩槽生态环境健康的生态环境子系统的基础上,重点介绍各子系统滩槽协同治理目标厘定以及代表性指标的遴选结果,其中:行洪输沙子系统治理目标代表性指标包括河势稳定控制和河道过流能力指标,社会经济子系统发展目标代表性指标包括下游滩区粮食产量和河道引用水量指标,生态环境子系统治理目标代表性指标包括河道典型断面适宜流量保证率、适宜脉冲流量次数指标。藉此,分别构建了主控因子与各子系统滩槽协同治理目标的驱动-响应关系,提出了黄河下游滩槽协同治理模式下多维治理目标及其主控因子阈值。

黄河流域生态保护和高质量发展的资源要素及其法制保障

黄河流域作为中国的“资源流域”,合理有序地开发矿产资源、土地资源和水力资源,统筹协调资源开发与生态环境保护之间的关系,对推动黄河流域能源与矿产资源保护具有重要意义。本文以黄河流域资源开发利用和黄河流域生态保护高质量发展关系为基础,提出黄河保护法草案中承载力的法规制度保障。厘清黄河流域资源开发现状、存在问题,针对问题和目标,加强顶层设计,进行黄河保护相关法律法规的保障建设。

黄河源区水源涵养有关问题探讨

黄河源区是黄河流域重要产水区和水源涵养区,在气候变化和人类活动双重胁迫下,黄河源区各类型生态系统发生了显著变化,影响了源区水源涵养功能。在总结前人研究的基础上,阐述了水源涵养的概念和内涵,系统梳理了黄河源区水源涵养主体的变化过程,论述了水源涵养功能对水源涵养主体变化的响应特征,分析了黄河源区未来水源涵养能力演变所面临的形势,并基于此提出了黄河源区水源涵养能力提升的对策与建议。可为黄河源区水源涵养相关研究的进一步开展及其水源涵养能力提升提供支撑。

极端降雨条件下濮阳市马颊河流域水灾害风险研究

近年来,极端降雨事件频发,给城市健康发展带来阻碍,北方平原城市存在降雨量偏少、地势平坦、河流水动力不足等现象,在面对超标准暴雨事件时,存在较大风险。以北方平原城市濮阳市马颊河流域为研究对象,基于MIKE FLOOD平台构建一维河网-二维地表模型相耦合的大尺度洪涝数值模拟模型,利用实测水文数据,对模型关键参数进行本地化处理,对100 a一遇降雨及极端降雨条件下区域洪涝状况进行了研究。研究结果表明,当河流糙率取值0.031、居民用地糙率取值0.08、有植被覆盖的土地糙率取值0.025、空地糙率取值0.028时,模型模拟精度较高。两种暴雨条件下,清丰县城、濮阳市区、濮阳县城受灾情况较为严重。极端降雨条件下,受灾面积、淹没水深、淹没时长均明显增加,受灾规模呈显著扩大趋势,积水深度超过1 m区域面积最大可达315.5 km^(2),是100 a一遇降雨的6倍。极端降雨条件下,高风险区域面积达100 a一遇降雨的6.26倍,灾害风险严重程度显著上升;遭遇极端降雨时,应提升应急反应速度,加强防御能力,多措并举保障人民生命财产安全。

黄河源区水沙变化特征分析

为探究黄河源区不同时期、不同区间水沙变化特征,以黄河沿、吉迈、玛曲、唐乃亥4个水文站的长系列实测水沙资料为基础,将黄河源区划分为黄河沿以上、黄河沿—吉迈、吉迈—玛曲、玛曲—唐乃亥4个区间,相邻两个水文站实测水沙资料之差即为区间产流产沙量。使用Mann-Kendall检验法、累积距平法、t检验和小波分析法确定黄河源区水沙变化趋势、突变年份和变化周期,对各区间不同时期的水沙贡献率和变化程度进行分析,并使用R/S法确定各区间水沙未来一段时间内的趋势持续性。结果表明:除黄河沿—吉迈区间产流量呈上升趋势外,其余区间产流量均呈下降趋势,4个区间的产沙量均呈下降趋势。除玛曲—唐乃亥年均产沙量外,4个区间的年均产流产沙量均经历了1959—1989年到1990—2007年时期的下降和1990—2007年到2008—2017年时期的回升。各区间水沙变化均表现出在未来一段时间的反持续性。

国内外水文化研究对比与思考

水文化是文化的重要组成部分,经过30 a的开拓与实践,我国水文化研究经历了不同的发展阶段,延伸到了社会各个层面。与国外水文化研究相比,我国水文化研究在研究范围、研究深度以及普及度方面还存在差异和不足,当前我国水文化事业进入新的发展阶段,水文化研究迎来了大好契机,应结合我国水文化研究特色,进一步加强水文化基础教育建设、明确水文化法律制度、开拓水文化交流渠道。

黄河河南段生态系统生产总值(GEP)核算研究

以黄河干流河南段河道(含滩区)为研究区域,基于生态系统生产总值(GEP)核算理论体系,从生态系统产品供给价值(EPV)、调节服务价值(ERV)和文化服务价值(ECV)3个层面选择16个具体指标对黄河河南段河道GEP进行系统化、综合化的评估与核算。结果表明:2020年黄河河南段河道GEP为2021.67亿元,为同年河南省国内生产总值(GDP)的3.8%;生态系统各种服务价值顺序为ERV、EPV和ERV,其价值分别为1330.74亿,399.69亿,289.52亿元。调节服务为研究区域核心功能,而在具体服务功能指标层面,气候调节功能价值最大,占总GEP的55.8%。可为实现区域经济发展与生态建设相协调提供基础支撑,为河南省黄河流域(区域)生态保护和城市高质量发展提供参考。

黄河源典型弯曲河流颈口裁弯事件及时间序列

基于2000-2016年的Google Earth和1990-2000年的SPOT高分辨率遥感影像,选取黄河源若尔盖盆地区域的黑河、德讷河曲、哈曲和白河支流瓦切河等4条典型弯曲河流,统计分析颈口裁弯遗留牛轭湖的形态参数,确定已知裁弯事件次序,建立裁弯事件的相对时间序列。研究表明,4条弯曲河流共计105个颈口裁弯事件,其中超过50%的牛轭湖残余弯曲度小于10。裁弯事件发生的相对时间范围为5~90年。黑河和德讷河曲上游河段的裁弯频率高;而哈曲和瓦切河下游河段的裁弯频率高。基于已发生颈口裁弯的统计分析推测:黑河、德讷河曲、哈曲和瓦切河未来80年将可能发生约39次裁弯事件。研究成果可为特定弯道的颈口裁弯过程的原型观测提供参考。

流域系统科学初探

随着人类社会对河流乃至流域影响广度、深度和强度的不断增加,对流域系统内部不同要素之间的互馈关系和博弈关系研究的不断拓展和深入,以致流域系统治理及其战略研究已经超过传统学科的范畴,亟需建立新的学科支撑体系。本文基于近十年的探索研究,提出了流域系统科学的概念,并对其研究对象、科学内涵、科学问题、研究方法及研究前景进行了全面阐释。流域系统科学以物质、能量、信息、价值流动过程为纽带,以行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统组成的流域复杂巨系统为研究对象,其基础研究需求包括各子系统内部演化过程与机理、各子系统间相互作用关系与协同演化机制、流域系统协调发展策略与战略布局3个层面。流域系统科学以传统学科为基础支撑,基于系统理论和方法探索制约流域治理保护和区域社会经济高质量发展的协同博弈关系,通过全流域系统观测网络和大数据平台建设,构建流域系统治理集成研讨厅,为流域系统治理保护与管理的战略研究提供科学的理论方法体系。