径流小区集流桶(池)泥沙含量快速测定方法探讨

径流小区作为土壤侵蚀监测的一种重要方法,在土壤侵蚀模型及预报中具有重大意义.快速准确地测量径流小区集流桶(池)中的泥沙含量直接决定了土壤侵蚀规律研究的科学性与土壤侵蚀预报的可靠性.搅拌法取样测量含沙量是目前应用最广的传统含沙量测量方法.但据实际观测,北京土石山区的粗砂多砂区采用该方法测得的含沙量明显偏小,土壤侵蚀量观测精度受到严重影响.为此,在北京地区,采用北京师范大学研发的全深剖面采样器来采集径流小区集流桶(池)水样以测量含沙量,并对设备进行更新.本研究拟根据北京地区的实际工作经验,简要探讨该设备的使用方法,注意事项以及实验室水样的快速处理方法.     

多沙河流次洪横断面冲淤面积随机预估

提出一种通过预测多沙河流横向变化预估河段冲淤的方法.通过追踪多沙河流次洪过程中横断面面积变化,及分析多沙河流次洪横断面面积变化成因,建立了横断面冲淤变化模型.利用此模型并结合蒙特卡洛方法,实现了给定水沙条件下,对次洪冲淤导致的横断面面积变化的预估.经用于黄河内蒙古河段实例分析,假设洪水冲剧内蒙古河道,上游巴彦高勒、三湖河口断面分别扩大286,283 m3,下游头道拐断面几乎没变;用输沙平衡法计算结果上游巴一三河段冲刷121万t,下游三一头河段冲刷35万t,表明该方法实用、可行.可以为多沙河流的河道治理、防灾减灾决策提供了技术支撑,并丰富了多沙河流冲淤计算方法.     

BP神经网络模型在大凌河中游河流含沙量预测中的应用研究

应用BP神经网络模型对大凌河中游段河流含沙量进行了预测,并结合大凌河中游大城子水文站2000—2014年实测含沙量对比分析了BP神经网络模型在大凌河中游段河流含沙量的预测精度。研究结果表明:BP神经网络模型可用于大凌河中游河段含沙量的趋势预测,模型预测的含沙量和实测含沙量之间相关系数达到0.773 9。研究成果对于大凌河流含沙量预测分析提供参考价值。     

近红外反射高含量泥沙传感器研制

水流含沙量测量是水土流失监测体系的重要内容,开展含沙量测量传感器的研究对于实时监测具有重要意义。为了实现对水流高含沙量的测量,该文根据含沙水对不同光谱的吸收和反射特性,采用1 800 nm（强水分反射波长）和1 940 nm（强水分吸收波长）近红外光源开发了泥沙测量传感器和测量装置,并对新型传感器进行了标定试验,分别建立了取自黄河、渭河和天水的泥沙与传感器输出信号之间响应关系。结果表明,当含沙量小于300 kg/m3时,测量得到的反射光强度随含沙量的增加而增加,传感器输出信号与含沙量之间具有很好的线性相关性,并建立了线性模型,决定系数均大于0.9。为了验证模型的精度,将实际含沙量与模型计算含沙量进行比较,结果表明,二者回归系数接近于1,相对误差小于10%,可以使用模型计算值代替实际含沙量。2种波长的传感器对含沙量的测量范围均为1～300 kg/m3,当含沙量大于10 kg/m3时测量精度大于90%,同时传感器精度受到泥沙种类、吸光物质和气泡等其他因素的影响。设计的传感器可以满足对高含沙量水流的测量要求,适用于土壤侵蚀严重的地区。研究结果在水土流失自动监测中具有良好的应用前景。     

人工神经网络在水土流失规律预报中的应用

运用人工神经网络技术 ,采用九龙江西溪流域水文数据 ,以年降雨量、年径流量和年平均含沙量为输入因子 ,建立年输沙量的预测预报模型 ,结果表明 :所建立的模型的模拟精度与预测精度分别达到 95 .972 %与 98.315 % ,高于线性模型和幂函数模型 ,从而为水土流失规律的预测预报提供理论依据     

黄河中游地区的水土流失与河流有害污染物关系浅析

黄河泥沙对有机污染物及重金属有较强的吸附能力,它能将溶解于水相中的化学性污染物质吸附而转移到固体中来。据对无定河、窟野河以及黄河府谷等河流(段)水体泥沙与有害污染物汞、砷、化学耗氧量进行的分析,有害物质与原状水含沙量的多少呈正相关。三川河后大成河段,当含沙量为396kg/m~3时,汞的含量为0.0059mg/L,超标4.9倍。黄河吴堡河段含沙量为28.2kg/m~3时,化学耗氧量为62.3mg/L,超标9.4倍。在汛期含沙量较高的水体中,砷的超标现象更为突出。应加强对黄河中游地区水土流失的综合治理,以减少泥沙对河流水质造成的危害。     

东北黑土坡耕地不同水力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响

集中水流条件下细沟土壤侵蚀过程对研究细沟侵蚀机理与土壤侵蚀预报有着重要的意义,并且为土壤侵蚀模型其他重要参数比如剥蚀率、可蚀性参数提供基础数据。为了研究东北黑土坡耕地不同水动力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响,该文采用室内模拟试验方法,测量含沙量随坡长的分布。试验设计包括4个坡度(5?、10?、15?、20?)与3个流量(1、2、4 L/min),在不同水力条件下,测量不同坡长(0.5、1、2、3、4、5、6、7、8m)含沙量。结果表明含沙量在各种水力条件下均随坡长增加,且其增加的速率随坡长减小。对坡长与含沙量系列数据用幂指数函数拟合,其决定系数R2在0.85到0.99之间。因此,黑土坡耕地细沟侵蚀产生的含沙量随坡长呈幂指数增加,且含沙量在一定坡长之后将达到最大值。随坡度和流量的增大,水流在更短的坡长上侵蚀并携带更大的最大含沙量。该文对进一步理解与研究细沟侵蚀过程有着重要的意义,且为深入研究细沟侵蚀提供了数据支撑,为土壤侵蚀模型剥蚀率、可蚀性参数等提供依据。     

细沟股流剥蚀率与载沙量以及沟长的耦合关系

土壤剥蚀是指由侵蚀动力引起的土壤颗粒从土壤母质移动的过程。细沟剥蚀土粒随着细沟股流中含沙量的增加而减少 ,已有的一些侵蚀模型 (如 WEPP)均提到了这一点。用黄土高原一种典型的粉壤土 ,在 5种坡度、3种流量下进行了细沟侵蚀模拟试验。对试验结果进行了回归 ,分析了黄土高原斜坡及陡坡地、细沟股流剥蚀率随含沙量以及沟长变化的函数关系。这对细沟侵蚀动力过程的研究深入 ,以及对侵蚀过程的预测预报提供了有力的参考依据     

万家寨水库上游的冰情特征分析及预报

[目的]研究黄河万家寨水库上游至托克托县喇嘛湾河段冰情特征及预报方法,为防凌实践提供重要依据。[方法]通过对1998—2015年度冰情分析,研究了该河段的封、开河过程及二者之间的联系,以野外观测为基础,分别对封、开河时间历时与气温、流量、冰厚、封河天数进行了相关性分析,选取了与封、开河时间相关性系数较高的影响因子,利用BP神经网络模型对万家寨上游河段的封河历时、开河历时、开河日期进行了预报。[结果]通过与实际观测日期对比,该预报方法合格率达到93%。[结论]神经网络模型对于黄河万家寨水库上游段封河历时、开河历时、开河日期预报的适用性较强,更适合解决受复杂因素影响的问题。     

黄河小北干流河段"揭河底"冲刷对策

“揭河底”现象是河床冲刷的一种突变过程，大片沉积物从河床掀起，继而破碎被水流冲走，其破坏惊人，造成的经济损失巨大。黄河禹门口至潼关河段(俗称：小北干流)，全长132．5h，河床宽浅，为典型的游荡性河道，目前共观测到“揭河底”现象9次。研究表明，发生“揭河底”的具体条件：一是河床淤积到一定高度，二是含沙量大于400W的洪水持续时间至少为16h-48h，三是流量大于6000m^3／s洪水的持续时间不小于5h。防御“揭河底”冲刷的对策主要是建立健全水情预报系统、认真制定防洪预案、搞好防洪工程设计施工等。     

近年黄河下游输沙功能的时空变化及其影响因素分析

黄河下游河道输沙功能受自然和人为因素的扰动,对黄河的入海泥沙通量产生深远影响。为探明近年来黄河下游河道输沙功能的演变及其主导因素,基于黄河下游河段各站点2007—2020年实测径流与泥沙资料,计算历年黄河下游河道输沙功能,并结合流域降水、水土保持和引水引沙的变化情况讨论了各因素对输沙功能演变的影响。结果表明:黄河下游河道输沙功能指标在2007—2020年显著下降了约57%,其中花园口—高村段输沙功能指标和其降幅均高于高村—艾山段和艾山—利津段; 黄河下游河道输沙功能演变的主导因素是河床粗化、水土流失综合治理面积增加和引水量增大,三者的相对贡献率分别达37.6%,21.6%,17.5%。河床粗化与引水量增大使输沙功能减弱,与水土流失综合治理对输沙功能的增强作用相反,三者综合作用下黄河下游河道输沙功能近年来呈退化趋势。     

基于径向基函数神经网络与改进遗传算法的黄河流域需水预测

针对遗传算法的不足 ,利用改进的遗传算法 ,结合性能优于 BP网络的径向基函数神经网络 ,并进行网络优化 ,建立了黄河流域需水预测模型 ,拟合预测结果表明 ,该模型能有效提高预测精度。     

近70年黄河流域水沙情势及其成因分析

深入剖析黄河水沙现状及成因是精准预测黄河未来水沙情势的前提与基础。为此,以黄河干流潼关断面以上4个主要干流水文站及7个主要一级支流把口站1950-2016 年水沙实测资料为基础,采用双累积曲线等多种统计分析方法,系统剖析了黄河流域水沙演变规律及水沙主要源区变化特征,定量评估了不同环境要素对黄河水沙变化影响。结果表明：1）黄河干流兰州、头道拐、龙门及潼关水文站年径流及年输沙量均呈显著减少趋势（P<0.05）,其中,年径流减幅17.93%~40.79%,年输沙量减幅均在46.74%以上。受多种因素影响,黄河水沙在20世纪80-90年代发生减少突变;2）兰州-潼关区间年均径流量沿程变化表现为由总体递增状态向递减趋势转变,年均输沙量递增状态虽未转变,但递增幅度平均减小90%以上;3）黄河泥沙主要来源区由头龙区间向龙潼区间发生转移特征明显,龙潼区间水土流失治理有待进一步加强;4）人类活动对黄河中游水沙锐减占据主导作用,平均贡献率达到90%以上。而上游兰州站年均径流量受气候影响较大,贡献率达到66.57%。研究结果可为深刻认识黄河水沙时空现状及成因提供依据,并对未来水土流失治理区位方向确定提供参考。     

基于遥感影像的黄河三角洲湿地景观演变及驱动因素分析

为揭示1973-2013年黄河三角洲湿地景观演变情况及其驱动因素,更好地服务于区域湿地生态保护和恢复,利用1973-2013年9期Landsat卫星影像,构建了黄河三角洲湿地景观数据库。阐述了黄河三角洲湿地景观组成现状、分布规律和阶段特征,并结合黄河入海水沙及社会经济数据,探讨了其驱动力。研究表明:1)黄河三角洲湿地以自然湿地为主,近40 a来湿地总面积呈下降趋势,且以自然湿地向人工湿地和非湿地的转换为主要特征,湿地景观破碎化趋势严重;2)黄河三角洲湿地景观面积的整体下降趋势与黄河入海水沙的整体减少有较好的函数关系,且以输沙量对自然湿地景观,尤其是咸水湿地景观变化趋势的影响更强,径流量则对淡水湿地景观的影响更为突出。3)黄河三角洲湿地景观面积变化亦具有阶段性特征,这是由于黄河来水来沙量的显著周期性变化,叠加上持续扩大的人类活动影响所致。该研究分析了黄河三角洲湿地景观格局演变规律,并定性探讨了主要驱动因素,相关结论对区域湿地保护和恢复具有一定参考意义。     

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。     

从黄河下游淤积物粒径变化谈中游地区沟坡兼治

不少学者指出,黄河下游淤积物中,粒径大于0.05mm的粗颗粒泥沙占69%,这部分泥沙在中游黄土中含量甚少,它们主要来自多沙粗沙区的基岩,因此加强易侵蚀基岩区的治理是关键.据最近的分析,发现黄河下游淤积物已明显细化,粒径≥0.05mm的粗泥沙占总淤积量的40%,0.05～0.025mm之间的泥沙约占30%,这部分泥沙来自黄土中的比例不小,因此在中游严重水土流失区应强调沟坡兼治.     

黏土夹层位置对黄河泥沙充填复垦土壤水分入渗的影响

在中国东部地区,土地复垦的一项重要任务是将采煤沉陷地复垦为耕地,复垦后的耕地生产力水平应接近损毁前的水平。然而,采用传统的黄河泥沙一次性充填后覆盖一定厚度土壤层的复垦方式,复垦后土壤持水性差,生产力水平低。夹层式充填复垦能够有效改善传统充填复垦土壤的水分特性,该文研究夹层位置对黄河泥沙填复垦土壤水分入渗过程的影响,共设计当地普通农田土壤剖面(CK1),传统"上土下沙"土壤剖面构型(CK2)及5个夹层式土壤剖面构型处理T1～T5:在60 cm厚的黄河泥沙充填层中的不同位置夹20 cm厚心土层(黏土层),夹层距离表土距离分别为50 cm(T1),55 cm(T2),60 cm(T3),65 cm(T4)及70 cm(T5)。通过室内入渗试验,分析不同位置设置夹层后土壤水分入渗特性及含水率分布情况,优选适应于该地区的夹层式土壤剖面构型。结果表明:入渗率随着夹层深度的增加呈先增加后减小的趋势,即夹层位置距离土表55cm为一临界深度,此时重构土壤的入渗率最低、湿润锋的运移速度最慢、阻水效果最强,但考虑到研究区强降雨天气,易形成地表径流。当心土夹层位置距离土表60cm时,更接近普通农田土壤水分入渗特性,是黄河泥沙夹层式充填复垦的理想选择。该研究对深入探讨黄河泥沙夹层式充填复垦内部作用机理和指导滨黄河地区采煤沉陷地的土地复垦具有重要意义。     

黄河中上游流域水沙变异关系模型研究

[目的] 开展黄河流域水沙变异关系模型研究,为流域水沙变化研究提供理论支持。[方法] 从黄河中上游流域水沙变异影响因素分析入手,推导出以微分为基础的水沙变异关系模型。[结果] 模型通过黄土高原和黄河中上游流域7个测站控制流域输沙率和流量变异变量的模拟检验,获得了7个流域输沙率和水流变异模拟平均有效性系数为0.860和0.887,平均相对误差分别为14.8%和6.7%。[结论] 从水流变异、泥沙变异模拟精度和各因素变异贡献比例3个层面检验了模型,初步证明了模型结构的合理性和模拟实际泥沙变异具有的高有效性。     

关于黄甫川流域产沙问题的思考

黄甫川是黄河中游多沙粗沙区泥沙问题最严重的支流,造成流域多沙粗沙的原因历来说法不一,一般多认为是砒砂岩所致.本文通过对多方面情况的分析,认为该流域泥沙主要来源于风沙活动.对于有的科技工作者认为黄河中游的粗沙来自风沙的只占4.6%～9.5%的说法,作者认为依据不足,其数值明显偏低.目前我国对风沙的侵蚀搬运缺乏足够的观测资料,因此还不能轻易地下结论.令后应加强对风沙活动的观测研究,以便为治黄决策提供更为科学的依据.