流动沙丘先锋植物沙米的生态防护作用

使用野外风速廓线仪与阶梯式集沙仪,对流动沙丘先锋植物沙米及其群落的生态防护作用进行了野外实地观测研究。研究结果表明,沙米植株成塔状,基部分枝,株高变异性、可塑性大,与其他形态指标呈显著正相关,通过测定株高可掌握其基本形态特征。立枯沙米单株可降低风速90%以上,并能阻挡风沙流形成沙舌,沙舌积沙量、高度、长度与沙米体积、高度和冠幅呈显著相关。沙米群落粗糙度达到6.325 cm,是裸露流沙区的2635倍。在裸露流沙区200 cm高度风速为6.2 m/s时,裸露流沙区输沙量达到86.34 g/cm.h,而沙米群落中无风沙流发生;风速为9.5 m/s时,裸露流沙区输沙量也达到沙米群落的574倍。研究认为,在短期(2~3年)和局部空间范围(流动沙丘坡脚与两翼以及裸沙斑块),立枯沙米及其群落具有较明显的防风固沙作用;发达的生殖生长、侧枝系统和侧根系统,枯死后可保留2~3个生长季,是沙米发挥防风固沙作用的关键所在。     

泥石流预报中前期降水量与始发日降水量的权重关系——以云南省蒋家沟为例

利用云南省蒋家沟1995-1997年43场泥石流数据和降水资料,详细分析了泥石流暴发的前期降水与始发日降水的权重关系.研究发现,前期降水和始发日降水是泥石流启动的主要因素.依据它们之间不同的权重关系,将蒋家沟泥石流分为前期降水型、强降水型和特殊型3种形式.不同权重降水下的泥石流输沙与降水量之间均呈现出较好的相关性.从泥石流出现的规模和数量看,前期降水型泥石流是该地区的主要类型.     

黄土高原粗泥沙集中来源区水沙变化特征及趋势性分析

黄土高原粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的重点核心地区.根据1960-1999年黄土高原粗泥沙集中来源区皇甫川、孤山川I、窟野河,秃尾河和佳芦河径流及输沙资料,以流域为单元,分析了区内各流域径流量、输沙量的年内、年际变化特征及变化趋势.结果表明,区内径流量及输沙量的年际、年内变化较大.在季节上,除秃尾河径流量集中期为6月份外,其余4条流域径流量的集中期均为8月份;5条流域输沙量的集中期均为8月份.各流域径流量、输沙量的突变时间均在20世纪70年代,说明各流域水沙量呈现减少的趋势,尤以20世纪90年代减少最明显.人类活动和气候变化是影响该区内各流域水沙变化的主要因素.     

鲁中南低山丘陵区水土流失原因及治理措施

鲁中南低山丘陵区由于山高坡陡,冲蚀切割强烈,为山东省水土流失最严重的地区。阐述了鲁中南低山丘陵区水土流失的现状及危害,分析了其形成的原因。该区通过建立工程、生物、农业措施紧密结合的防护体系,有效地控制水土流失,改善生态环境,取得了显著的生态效益、社会效益和经济效益。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

基于混合模型的管道输沙特性数值模拟研究

【目的】探索管道水沙两相流的流场结构和输沙特性,为进一步研究管道输沙过程中阻力损失随含沙量、流速等的变化规律奠定基础。【方法】采用多相流混合模型和标准k-ε湍流模型,利用管道清水层流和湍流流场模拟,验证所选模型的可行性,并将模拟得到的管道流场以及阻力情况与实测值和计算值进行对比,确定模型参数,进一步结合小浪底水库现场管道抽沙试验,对管道流量(Q)为620和950m3/h工况下含沙量(Cv)分别为3.74%,10.53%,22.64%,37.74%和45.28%的5种含沙水流进行数值模拟计算,并分析其流场结构和流速、含沙量的垂向分布等水力特性。【结果】根据模拟值与实测值以及计算值的综合对比情况,选定粗糙度0.6mm、粗糙常数0.6、入口湍流强度25%为参数组合来模拟分析管道含沙水流的流动特性,得到了5种含沙量工况下管道输沙过程中的水沙两相流分布和管道横断面的流速分布,以及5种含沙量下横断面流速的垂向分布和含沙量的垂向分布规律,具体表现为:在管道流量Q=620和Q=950m3/h时,管道中心断面水沙呈上小下大的悬移质分布形态,随着水流含沙量的增加,管道底部沙量逐渐增大,当含沙量增加至45.28%时,管道中的水沙几乎为稠密的沙浆,在垂向分布上管道含沙量出现顶部小而底部大的现象。另外,管道的断面流速呈现出顶部流速大而底部流速小的现象,且随着含沙量的增大,高流速区扩大且逐渐向管道顶部上移,与大流量工况相比,小流量时高流速区集中且上移明显。垂向流速分布不再呈对称分布而出现管道顶部大、底部小的分布形态,且随着含沙量增大,不对称性更加明显。【结论】多相流混合模型可用于管道输沙流场的模拟计算,模拟结果表明,挟沙水流极大地改变了管道清水流场时呈轴对称分布的流速形态,表现为管道顶部低含沙区流速大,底部高含沙区流速小,且含沙量越高,不对称性越显著;随着流速增大,水流挟沙能力大大提高,流速分布的不对称性显著降低。     

苏尼特右旗草原矿区土壤重金属污染特征与生态恢复

以苏尼特右旗某草原采矿区的气象资料及采矿区周边草原表层土重金属含量为依据,分析该草原矿区输沙势能与土壤重金属污染特征。结果表明:调查区域的土壤重金属污染主要集中在以尾矿库为中心的主导风向的下风向,即主要输沙势方向的下风向,重金属铜污染是导致该草原区土壤重金属污染的主要因素。常年的主导风向对尾矿库周边草原的土壤重金属污染程度的影响显著。苏尼特右旗受风蚀影响比较严重的地区,应该加强对尾矿区的底泥和矿渣的苫盖措施,防治风、水蚀加剧对草原土壤重金属污染的影响。输沙势较大的上风向要建植防风林带或沙障,对输沙势较大的下风向要采取生态修复措施,不同的受损生态系统的恢复,根据区域特征结合生态恢复建议进行生态恢复,保证生态系统健康发展,保障人畜健康安全。     

洮河流域径流输沙演变与降雨及降雨侵蚀力的关系

[目的]揭示气候变化、人类活动耦合作用下复杂的水沙变化、水沙关系,探明降雨侵蚀力的影响及径流输沙变化的响应机理,为流域水土流失防治和生态建设提供科学参考依据。[方法]基于洮河流域及周边6个气象站点逐日降水和下游控制站逐月径流输沙数据,采用多元统计分析法、水沙曲线、相关系数、灰色关联度、弹性分析法等方法分析研究了径流、输沙、降雨(P)、降雨侵蚀力(R)演变规律,及其相互作用关系。[结果]洮河流域1956—2019年径流整体呈显著下降趋势,线性变化率-2.8×10⁷m³/a, 1987年发生突变,输沙整体呈显著下降趋势,线性变化率-4.61×10⁵t/a, 2003年发生突变,降雨、降雨侵蚀力均呈不显著上升趋势,且未出现明显突变。洮河流域R上中游小于下游,夏季(626.33)>秋季(125.31)>春季(122.22)>冬季(0),夏季降雨侵蚀力占比71.67%,夏季对泥沙侵蚀影响最大。P与R分布相反,P相对较小的下游流域R较大,P相对较大的上中游R较小,流域水沙异源,上中游产水,下游产沙。对输沙量影响最大...     

区域水土流失面积与平均土壤侵蚀模数关系探究

采用黄河流域(片)国家级防治区中部分县级行政区2020年度水土流失动态监测成果及对应的平均土壤侵蚀模数,建立了不同县级行政区县域面积、各侵蚀强度等级面积与其平均土壤侵蚀模数之间的关系,进而推算不同区域的土壤流失量。结果表明,临界土壤侵蚀模数与平均土壤侵蚀模数之间存在较好的线性关系。根据建立的拟合关系,推算出不同时期黄土高原多沙区土壤流失量,1990—2019年黄土高原多沙区累积保土量为213.44亿t。     

基于无人机技术黄河沿岸沙丘移动速度监测及影响因素分析

为更便捷地监测乌兰布和沙漠黄河沿岸沙丘移动速度并解析其影响因素,该研究以乌兰布和沙漠沿黄段沙丘为研究对象,应用无人机航拍技术开展沿岸沙丘的季节性地貌过程和影响因素研究。结果表明:1)研究区沙丘年移动速率1.08～2.27 m/a,多年平均输沙势为78.82 VU,年合成输沙势为25.92 VU,处于低风能环境,8～12 m/s等级风输沙势是年输沙势的主要部分,约占73.24%。方向变率(合成输沙势(Resultant Drift Potential,RDP)与输沙势(Drift Potential,DP)的比值)RDP/DP保持在0.30～0.46之间,属于中等变率。合成输沙方向RDD为57.83°～107.39°,与沙丘移动方向较为一致,西风组占全年输沙势的52.09%,是沙丘年移动的主要驱动力。2)沙丘移动速率具有明显的季节特征,整体呈现春季移动速率快,冬末-春初次之,秋季与秋末-冬末相近,夏季移动速率最慢。其中,秋末-冬末、春季和秋季输沙势DP 8.48～20.49 VU,合成输沙势方向在90.02°～95.54°之间,RDP/DP值均在0.3～0.8之间,属于中等变率,西风组作用显著,这与年合成输沙方向及沙丘走向较为一致;冬末-春初和春末-夏季分别受东北风(NE)和南风组(SSE、S、SSW)作用,沙丘通过形态变化适应风向,移动速度降缓。季节输沙势主要集中在8～10m/s风速等级,约占整个季节输沙势的40.76%～56.93%。3)综合各季节和年际输沙势与沙丘移动距离呈线性正相关,拟合方程为y=1.02+0.006 62x(R~2=0.339,F=5.616,P=0.045),方程总体显著,输沙势可以表征该地区沙丘移动距离。基于无人机监测的沙丘运动研究综合显示,风况是该地区影响该地区沙丘移动的主要动力,其中西风组8 m/s以上风速是研究区沙丘移动的主要驱动力。风向变率和合成输沙势方向与沙丘移动方向一致时沙丘移动则快,不一致时则缓;无人机可在较大尺度上为沙丘移动提供更为便捷的监测服务,研究结果可为同类地区沙丘移动的无人机监测提供参考依据。