小浪底运行对黄河三角洲水沙变化规律的影响机制

采用统计资料分析与实践探讨相结合的方法,对利津水文站水沙数据进行一系列分析,并在此基础上探讨小浪底对水沙变化的影响机制。结果表明:小浪底调水调沙作用改变了水沙的年内分布,汛期始期提前至6月,结束期延长至11月,汛期与非汛期间的差异变小,水沙量年内分布趋于均匀,但总体上年水沙量较天然条件下分别偏少27.4%,72.1%;小浪底通过调节水沙配置,使水沙比和来沙系数趋于正常化和合理化(0.01t/m3,0.01kg.s/m6),水沙搭配关系得到明显改善,对黄河三角洲(黄三角)河口沙嘴和海岸动态平衡的保持意义重大;小浪底使黄河三角洲全年保持一定的流量和3 000～4 000m3/s的洪峰量,有效遏制了断流的发生,并且使泥沙组成明显粗化。     

小浪底运行对黄河三角洲湿地景观的影响

通过遥感解译识别湿地景观,了解小浪底对黄河下游景观变化的影响。以山东省垦利县为研究对象,利用ENVI 4.7、ArcGis 10.0和Fragstats 4.2等软件对1984—2014年间的7期遥感影像资料进行处理,结合相应年份黄河水沙数据,研究了黄河小浪底水库截留前后30a的垦利县景观格局变化情况。结果表明:调水调沙时期年水沙量较天然水沙时期低,水沙年际波动较天然水沙时期平缓。天然水沙时期,湿地面积减少42 175.83hm~2,占初始年份湿地总面积的66.20%;调水调沙时期,湿地面积减少21 027.66hm~2,是天然水沙时期减少面积的49.86%。小浪底投入使用后,研究区湿地景观趋于稳定,异质程度变化不大,景观类型有向多样化方向发展的微弱趋势,黄河来水来沙量变化趋于平缓,对景观的影响力减弱。湿地景观面积与河流径流量和输沙量之间的回归方程显示,河流年径流量为150~250亿m~3,年输沙量为1.5~4亿t,是湿地景观格局较为稳定的径流与输沙过程。     

黄河中游水利水土保持措施减沙作用研究的回顾与展望

 黄河中游水利水土保持措施减沙关系黄河治理战略全局,对其进行回顾和展望,可为目前开展的黄河综合规划修编提供重要参考。结果表明:1960—1984年,平均每年拦蓄泥沙约5亿t,其中干流水库1.0亿t(19.6%)、支流水库1.2亿t(23.5%)、灌溉引沙0.6亿t(11.8%)、淤地坝拦沙2.0亿t(39.16%)、梯田拦沙0.3亿t(5.9%);到20世纪80和90年代,这种减沙构成略有变化,总体来看,水利措施减沙比例变化不大,而水土保持措施拦沙比例有所减小;70—90年代,黄河中游年均减沙3亿t左右,目前,水利水土保持措施现状减沙约3.5亿～4.5亿t。展望水利水土保持措施减沙作用后认为:近年来,黄土高原水土流失地区暴雨强度较小,实测来沙量资料不能作为黄河综合规划修编中水土保持现状减沙效果计算的主要依据;由于未来黄河中游来沙量变化取决于多种因素的组合,因此,对未来水利水土保持措施减沙作用应持慎重和偏于安全的态度,并作为今后长期认真研究的问题。     

太湖流域水生态系统服务及其空间差异

以太湖流域土地利用资料、水文水质资料和统计资料为基础,对流域尺度上水生态系统服务功能及其空间差异性进行了评价与分析。结果表明,太湖流域水生态系统的水供给功能为3.70×1010 m3/a,水产品功能为6 681.180t/a,水路旅客周转量为4.604×108人/(km.a),水路货运周转量为2.90×1011t/(km.a),蓄水总量为4.53×109 m3/a,调节水量为7.69×109 m3/a,固碳量为4.28×106 t/a,释放O2量为1.14×107 t/a,净化污水量为6.30×109 t/a,年输沙量为1.22×106 t/a,造陆面积为189.851hm2/a;水生态系统服务功能总价值为9.10×1010元/a,不同服务功能价值量排序为:旅游>航运>调蓄>水质净化>固碳释氧>水供给>水产品>输沙造陆;太湖流域单位面积水生态系统服务功能价值为19.22元/(m2.a),且存在较大空间差异,其顺序为:浦西区>武澄区>浙西区>杭嘉湖区>湖西区>阳澄区>太湖区。     

聚乳酸纤维沙障对表层土壤含水量的影响

在乌兰布和沙漠西南缘选择大小、走向相近的裸沙丘分别铺设聚乳酸纤维( PLA)沙障与麦草沙障,设计规格为1m×1m、2m×2m、3m×3m.从2008年开始连续3年对2种沙障不同规格、不同坡位表层土壤含水量进行测定,同时以未铺设任何沙障的裸沙丘作为对照,比较新型材料PLA沙障与传统沙障麦草沙障对表层土壤含水量的长时间影响.结果表明:1)PLA沙障与麦草沙障以及裸沙丘含水量都随年份的增加而增加,2类沙障含水量增长幅度明显优于裸沙丘;2)就沙障规格而言,长时间保持土壤水分,效果最好的是PLA沙障2m×2m规格:3)在0～10 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为迎风坡＞背风坡＞坡顶,麦草沙障与PLA沙障相反;4)在10～20 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为坡顶＞迎风坡＞背风坡,麦草沙障同样与PLA沙障相反.     

水土保持措施对黄河减水减沙作用的分析

黄河中游河龙区间、泾河、北洛河、渭河 ,是黄河流域水土流失最为严重的地区 ,黄土丘陵沟壑区年土壤侵蚀模数达 5 0 0 0～ 15 0 0 0t/km2 。采用“水保法”、“水文法”分析计算 ,1970～ 1996年 ,河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域水土保持措施年均减水 5 45 6亿m3,年均减沙 2 2 3 8亿t ,每年可为黄河下游减少泥沙淤积 1 5 7亿t。水土保持措施是实现黄河下游“河床不抬高”的治本之举。     

黄土高原淤地坝对陆地碳贮存的贡献

我国黄土高原地区广泛分布的以防洪拦沙、淤地为目的的淤地坝工程可能在增加陆地碳贮存方面起一定作用。为验证这一假设,利用碾庄沟流域淤地坝普查资料,结合土壤侵蚀野外调查,研究了1957～2000年碾庄沟流域淤地坝控制区土壤侵蚀产沙时间空间变化与淤地坝库泥沙有机碳储存关系,并估算了黄土高原地区淤地坝拦泥对全球陆地生态系统碳收支的贡献。在研究的12个淤地坝小流域内,流域土壤侵蚀产沙平均速率为25800t/(km2·a),变异系数为42%。土壤侵蚀产沙速率的大小序列为50年代>60年代>70年代>80年代。坡地土壤侵蚀向淤地坝输沙速率(S,t/km2·a)随流域面积(A,km2)的增大呈线性函数减小(R2=0.46,p<0.05)。1957～2000年碾庄沟流域淤地坝共储存有机碳173,133t,提高流域碳储存强度在0.13～5.03t/(hm2·a)之间,平均为1.28t/(hm2·a)。到2002年底,黄土高原地区淤地坝工程共增加有机碳贮量为0.123Gt,占1994～1998年全国大面积人工造林工程增加碳贮量的17.08%,是美国年沉积泥沙有机碳储量(0.04Gt/a)的3.08倍。我们的结果表明,黄土高原地区淤地坝拦蓄泥沙及淤成的坝地是陆地生态系统重要的碳吸收汇之一。     

乌珠穆沁沙地生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障防风固沙效益

为了探究PLA沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,以方格状铺设不同规格(方格边长0.5 m×0.5 m, 1 m×1 m, 2 m×2 m和3 m×3 m)PLA沙障,以不同规格沙障影响的风蚀特征为研究对象,裸沙地设置对照(CK),采用美国HOBO便携式风速采集仪观测距地表10,20,50,100,200 cm高度的风速,同时使用自动旋转集沙仪收集近地表0—30 cm高度输沙量,分析了防风效能、固沙效益和风沙流挟沙粒径的变化特征。结果表明：(1) PLA沙障规格小于3 m×3 m时,风速廓线呈“S”型变化趋势;PLA沙障平均的地表粗糙度为0.64 cm, CK的平均粗糙度为0.51 cm,粗糙度提高了25.48%。(2)铺设PLA沙障后输沙量降低了38.72%～75.69%;PLA沙障输沙率随高度呈现良好的指数关系(R²>0.77);1 m×1 m和2 m×2 m沙障的固沙效益高于其他2种规格沙障,3 m×3 m规格的固沙效益最低,基本接近CK。(3)乌珠穆沁沙地风蚀物颗粒大小介于2～500μm,且大部分颗粒为100～250μm的细沙;铺设PLA沙障后,障格内...     

黄河乌兰布和沙漠段沿岸风沙流结构与沙丘移动规律

为明确黄河乌兰布和沙漠段沿岸的风沙活动及沙丘移动特征,该文以黄河乌兰布和沙漠段沿岸的流动沙丘为研究对象,采用野外观测与实验室分析相结合的方法对沿岸沙丘的起沙风况、沙物质组成、风沙流结构及沙丘移动规律进行初步的定量研究。结果表明:起沙风的主风为西南—西风,集中于3-5月份,且5～6m/s风占起沙风的50.26%;沙物质粒径以细砂(0.1～0.25mm)为主,沿黄段沙丘粒径极细砂以下(≤0.1mm)的沙物质粒径组成比沙漠腹地减少8.92%;距地60cm高度范围内,81.75%的沙物质在0～10cm高的气层中通过。在沙丘的不同部位上,相对输沙量与高程之间有着良好的幂函数关系;沙丘向前移动的距离为8.19m/a,主要发生在3-5月份。该研究结果可为合理计算入黄风积沙量及完善黄河沿岸综合防护体系提供科学依据。     

黄河上游内蒙古河段塑槽输沙需水量分析

为了解冲积性河流塑槽输沙需水量,合理调配水资源,以内蒙古河段为例,依据挟沙水流能量平衡方程,研究了冲积性河流挟沙水流的能量耗散原理及水流塑槽和输沙能量的分配模式,给出了反应冲积性河流冲淤状态的塑槽输沙需水量计算方法,由平滩流量、河道来沙量和冲淤量三者组成的关系确定塑槽输沙需水量。利用内蒙古河段1960-2013年实测资料,计算得到内蒙古河段塑槽输沙水量,汛期来沙量0.7～1.1亿t,塑造2 000～3 000 m³/s的中水河槽、淤积水平控制30%以下,需要的汛期塑槽输沙水量为94.6～141.2亿m³;分析了不同条件下汛期塑槽输沙水量变化规律:来沙量一定,同样的中水河槽规模,控制淤积水平越低,需要的塑槽输沙水量越大;来沙量一定,同样的淤积水平,塑造中水河槽规模越大,需要的塑槽输沙水量越大;控制同样淤积水平,塑造同样中水河槽规模,汛期来沙量越大,需要的塑槽输沙水量越大。内蒙古河段塑槽输沙需水量计算结果和结果变化规律可为黄河上游内蒙古河段水资源配置提供参考。     

辽宁南部沿海山区暴雨型泥石流沉积物粒度分布模式研究

辽宁省南部沿海以老帽山为中心,分布于几十条沟谷中的泥石流沉积物是形成于中国东总沿海独特的自然地理环境之中,该区虽然属于温带季内区,但是由于地处沿海,受到相当强烈的海洋性气候的调节,夏季降水集中,且多暴雨,为泥石流的发生提供了激发条件,从泥石流的发生机制看,应属一种较为独特的暴雨型快速暂进性泥石流,从宏观沉积结构看泥石流沉积物表现为粗大颗粒的混杂堆积。通过对在野外大量采集的粒度样品的分析计算,引入粒     

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明：(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。     

关于确定黄河流域水土流失重点治理区的研究

过去确定黄河流域水土流失重点治理区主要采用来沙分配图法和多沙粗沙模数指标法,这两种万法都需用到粗泥沙资料,由于有泥沙颗分资料的测站较少,故其精度有限.根据河龙区间7～8月份水流平均含沙量300kg/m~3的指标,在含沙量分布图上确定出重点治理区,该万法只涉及全沙资料,而有全沙资料的站网控制密度相对比有粗泥沙资料的站网控制密度耍大得多,因此其精度也就高得多.黄河流域重点治理区为11.3万km~2,其中河龙区间为5.7万km~2,泾洛渭河为3.2万km~2,祖厉河、苦水河为2.4万km~2,河龙区间的5.7万km~2是重点中的重点.     

陡坡细沟含沙水流剥蚀率的试验研究及其计算方法

细沟剥蚀土粒随着细沟股流中含沙量的增加而减少，这一概念已在一些侵蚀模型（如WEPP）中得到应用。用黄土高原一种典型的粉壤土，在5种坡度（5°，10°，15°，20°，25°），3种流量（2，4，8 L/min）条件下进行了细沟侵蚀模拟试验，试验沟长0.5～8 m。通过405次试验，确定了不同坡度、入流量条件下，侵蚀产沙量与细沟长度的定量函数关系。在假定细沟径流和土壤侵蚀沿细沟的行为相同条件下，提出了一种计算含沙水剥蚀率的方法，并进一步表达了细沟剥蚀率随含沙量以及沟长变化的函数关系。实验结果在15°，20°，25°时表现出很好的显著性。     

旋流排沙渠道排沙特性试验

旋流排沙渠道是基于旋转水流的特点提出的一种水沙分离新技术,为明确不同来流条件对旋流排沙渠道排沙特性的影响,该研究通过物理模型试验探究了来流流量、来流流速、泥沙级配及下游渠道水力条件下旋流排沙渠道的排沙、余沙及淤沙特性,分析了其截沙率变化规律。结果表明,当来流条件改变时,旋流排沙渠道的排沙特性发生规律性变化,在来流流量增加或流速增加或来沙中值粒径减小情况下,旋流排沙渠道的排沙量减小,余沙量增加,其中改变来流流量对截沙率的影响最为明显,最大变幅为16.3%。不同水沙条件下0.075～0.315 mm细颗粒泥沙的排沙量及余沙量均存在较大差异,且下游渠道余沙均以该粒径区间的泥沙为主,而粒径>0.315～3.0 mm泥沙的排除效果受水沙条件改变的影响极小。排沙洞内泥沙淤沙量随来流量和泥沙中值粒径的增加而增加,而随流速的增加而减少,但各水沙条件下最大淤沙量仅为来沙量的2.6%。在渠道下游设置挡水板后,旋流排沙渠道的排沙性能得到进一步提升,提高了粒径>0.16～0.315 mm泥沙的排除效果,与不设挡水板相比截沙率增加了4.6个百分点,改善了排沙洞内的泥沙淤积问题。旋流排沙渠道具有良好的泥沙分选效果,能有效排除高含沙水流中的粗颗粒泥沙（在不同水沙条件下最小截沙率为76.9%）,从而减少了泥沙对渠道下游设施的影响,因此工程中可通过优化流量、流速、下游水力条件等提升旋流排沙渠道的排沙特性。该研究明确了不同水沙条件下旋流排沙渠道的适用性,成果可为其在工程中的设计和应用提供参考。     

灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率分析

为研究灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率,基于南亚某河流待建引水明渠建立水流数学模型,并借助Flow-3D软件对高水位、中水位和低水位3种特征工况下,闭闸期闸前段流场进行模拟分析。依据盲肠水流泥沙运动的研究思路,提出闭闸期闸前明渠段泥沙淤积速率的估算方法,并结合同期明渠段悬移质泥沙模型试验资料,率定得出闸前段泥沙淤积速率求解公式。结果表明,闭闸期闸前段出现围绕竖轴近似呈椭圆型的回流现象,平面流速呈交替增减、水位呈中心低周界高的水力特征;泥沙淤积速率较大,灌渠将呈现累积性淤积特征。最终得出,闭闸期闸前明渠段与港池内盲肠水流运动相类似,闸前渠段淤积严重,引水明渠的口门初步设计方案有待充分论证的结论。     

夹沙螺旋管流能耗的试验研究

在水平圆管中设置导叶式起旋器,使管内夹沙水流形成了强制螺旋流,螺旋流可以分解为强制涡流与轴向平直流,前者可起“抬托”泥沙的作用,后者则同普通管道输送固粒一样起输移的作用,这样使本来以推移质形式运动的泥沙较为容易地转变成悬移质。该文应用动量和动量矩定律,对圆管内强制螺旋流的清水与夹沙两种情况进行了理论分析和试验研究,得到的结论是:螺旋管流的能坡可以用达西公式来表达;其夹沙能力远高于同能坡下的平直流情况;在非饱和状态下,附加“旋浮”沙的能坡正比于含沙量     

人工林地含沙径流的入渗特性研究

 为探索人工林地含沙径流入渗性能,以便客观评价人工林的水源涵养作用,指导集水造林整地工程设计,采用双环法,对2种土壤质地带上刺槐人工林地的浑水入渗性能,以及含沙量和泥沙粒度对土壤入渗性能的影响进行了研究。结果表明,含沙径流可显著削弱人工林地土壤的入渗性能,降低天然降水与土壤水的转换能力,其削减能力随着入渗水流含沙量、泥沙中小于0.01mm物理性黏粒含量的增加或入渗历时的延长而增大,并受到土壤质地的强烈影响。     

雨季不同时段蒋家沟泥石流侵蚀产沙特征的分析

根据雨季不同时段,降雨入渗后的土壤含水状况观测以及泉水季节性变化,详细分析了蒋家沟1987-2001年雨季不同时段的167场泥石流侵蚀产沙的特点。结果表明:在雨季中期(7-8月),无论是泥石流暴发频率、产沙量还是规模都是最高值,分别占总样本的70.65%和占总产沙量的78.88%。雨季初期(5-6月)和雨季后期(9-10月)的泥石流,分别占总产沙量的16.16%和4.97%。雨季初期5月的雨沙比(R/s,mm/万m3)高达82.26,6月为3.49;而雨季中期的7月R/s仅为1.32,8月为1.67。这一研究可提高雨季不同时段泥石流降水警戒值确定的精度。