黄土丘陵沟壑区典型流域产沙的降雨阈值变化

2000年以来,随着黄土高原林草植被大幅改善和大规模梯田建成,加之坝库拦截,黄土高原入黄沙量锐减,从而使黄土高原现状产沙情势的认知成为近年关注的热点。目前,增大林草和梯田覆盖状况可减少或遏制侵蚀产沙的观点已被广泛认可,但其在流域层面上的减沙机制仍有待深入认识。本文以黄土丘陵沟壑区30条面积较小的流域作为样本,以场次降雨为分析对象,以场次降雨的面雨量、最大1 h降雨量和降雨侵蚀力为降雨指标,以场次降雨的产沙强度≥500 t/km2为流域产沙的判断标准,探讨了林草梯田覆盖程度变化与可致流域产沙的降雨阈值之间的响应关系。研究表明,无论地貌类型如何,随着流域林草梯田覆盖程度的增大,流域产沙的降雨阈值均明显增加,其中黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值与林草梯田有效覆盖率之间呈正向的指数函数关系。在相同下垫面下,黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值差别很小;或因植被主要分布在梁茆,或因河道产沙占比较大,因此,砒砂岩区、黄土残塬区和黄土丘陵第5副区更易产沙,其降雨阈值明显小于第1—3副区。本成果不仅为诠释林草梯田减沙的机制提供了科学支撑,而且也可为黄河水沙情势的评价和入黄沙量预报提供重要参考。     

黄土高原风水蚀交错带风力作用对流域产沙贡献的空间特征研究

利用黄土高原风水蚀交错带水文站水沙资料及有关气象资料,分析了风力作用对流域产沙贡献的空间特征。结果表明:风沙区并不是风蚀贡献最大的区域,风蚀贡献率约为1/4。风沙区和黄土丘陵沟壑区交界处的风蚀贡献急剧增大。靠近风沙区并有零星片沙分布的区域,风蚀贡献率约为1/3。风蚀贡献最大的区域为穿过风沙区和黄土丘陵沟壑区的流域,约为2/5。黄土丘陵沟壑区,风蚀贡献率约为1/10～1/4。河源梁涧区的风蚀贡献率小于1/10。风蚀贡献率的大小依次为河源梁涧区<黄土丘陵沟壑区<风沙区<风沙区和黄土丘陵沟壑区交界处<穿过风沙区和黄土丘陵沟壑区的流域。整个黄土高原风水蚀复合区风力作用产生的输沙量接近流域总输沙量的1/10～1/5,风沙入河量占d>0.05 mm粗泥沙年输沙量的1/4。     

黄土滑坡简易监测预报

陕西地处黄土高原的腹地,高原面积近14万平方公里,占全省总面积三分之二。陕北黄土丘陵沟壑区,山峁起伏,沟壑纵横;黄土高原沟壑区,原沟相间,沟崖陡立。由于黄土高坡的地形、地貌、地质、地下水的自然因素,加上人为破坏,重力侵蚀十分活跃,经常发生滑坡、泻溜、裂缝、泥石流等灾害,给人民生命财产造成巨大损失。西安市所辖区县山原坡岭滑坡面积达1975平方公里。共有滑坡危险地段937处,其中直接危及生产、生活安全的滑坡和崩塌地段达386处。据统计,1950—1986年36年间共发     

黄土高原现状梯田和林草植被的减沙作用分析

2000年以来,黄河来沙明显减少。本文以黄土高原主要产沙区为对象,利用卫星遥感与实地调查相结合方法,获取2012年研究区各支流的梯田面积和质量信息,分析2010—2013年林草植被覆盖率及其较天然时期的变化;提出林草与梯田叠加作用地区的减沙量计算方法。基于流域尺度上构建的黄土丘陵沟壑区林草植被覆盖率与产沙系数、梯田比与减沙幅度之间的响应关系,计算在多年平均降雨条件下黄河龙门、北洛河状头、汾河河津、渭河咸阳和泾河张家山等5站以上现状林草植被和梯田的减沙能力,其值为10.65亿t,占该区天然年均来沙量的60%。     

云南东川泥石流沟与非泥石流沟^137Cs示踪法物源研究

运用137Cs示踪法调查云南东川小江流域6条泥石流沟、6条非泥石流沟和主河的泥沙来源.泥沙主要来源于冲沟侵蚀和滑坡崩塌堆积、坡耕地和草地.坡耕地和草地表层土壤137Cs平均含量分别为0.9 Bq/m 2和1.98 Bq/m2,冲沟沟壁和滑坡崩塌堆积土体137Cs.作者通过3种源地土体137Cs含量的比较,分析了细粒泥沙(<0.01 mm)的来源.6条泥石流沟冲沟侵蚀和重力侵蚀(滑坡崩塌)的相对产沙量变化于90.2%～100%,平均值为95.1%,6条非泥石流沟的相对产沙量变化于74.5%～83.3%,平均值为78.9%.小江主河为81.4%.     

云南东川泥石流沟与非泥石流沟~(137)Cs示踪法物源研究

运用1 37Cs示踪法调查云南东川小江流域 6条泥石流沟、6条非泥石流沟和主河的泥沙来源。泥沙主要来源于冲沟侵蚀和滑坡崩塌堆积、坡耕地和草地。坡耕地和草地表层土壤1 37Cs平均含量分别为 0 9Bq m2 和1 98Bq m2 ,冲沟沟壁和滑坡崩塌堆积土体1 37Cs。作者通过 3种源地土体1 37Cs含量的比较 ,分析了细粒泥沙(<0 0 1mm)的来源。 6条泥石流沟冲沟侵蚀和重力侵蚀 (滑坡崩塌 )的相对产沙量变化于 90 2 %～ 1 0 0 % ,平均值为 95 1 % ,6条非泥石流沟的相对产沙量变化于 74 5 %～ 83 3% ,平均值为 78 9%。小江主河为 81 4 %。     

窟野河暴雨洪水泥沙特性分析

本文对窑野河流域的暴雨洪泥沙的特性作了全面的分析研究，表明：该流域主要产流、产沙源地是中下游的风沙覆盖区及黄土丘沟壑区，且粗沙主要来自王道恒塔以上流域的霍洛、布尔台、花亥图、石圪台、高家塔、大柳塔一带，对神木至温家川区域的黄土丘陵沟壑区及粗沙区水土流失的治理，为减少入黄泥沙量有重要意义。     

黄土丘陵沟壑区水平梯田减沙作用研究

黄土高原水平梯田的减沙作用很可能一直被低估。本文分析了梯田对坡沟产水产沙的调控机制,认为水平梯田不仅可大幅减少自身产沙量,而且还可截留上方来沙,并通过减少坡面径流下沟实现沟谷减沙;有埂水平梯田对流域的减沙潜力可达65%~90%。基于黄土丘陵沟壑区第三和第五副区不同时期的实测数据,分析了多年平均降雨情况下不同规模水平梯田对流域的减沙作用;引入梯田比和减沙幅度的概念,构建了不同规模水平梯田与减沙幅度的关系式,可用于大空间尺度上水平梯田减沙作用的定量评价。分析认为,在梯田比5%~30%范围内,梯田比几乎与减沙幅度成正比;当梯田比大于35%~40%后,其减沙作用基本稳定在90%左右。水平梯田对洪水含沙量的削减作用不明显,对雨强的产沙响应不敏感。     

黄土高原水土流失区高效水土保持植物分区配置

本文针对黄土高原水土流失综合治理中植物配置存在的关键问题,阐述了黄土高原的植物种类及水土流失治理中的高效水土保持植物种类与分布;在强调遵从自然规律、经济规律和科学规律的基础上,提出了黄土高原高效水土保持植被的选择与配置必须遵从适地适树、水量平衡、乡土植物、经济生态、密度调控和自然恢复等6项原则,列举了黄土高原沟壑区、黄土丘陵沟壑区、黄土丘陵河谷盆地区等不同立地条件类型适生树种林种配置模式;做到因害设防、除害兴利,最终实现人与自然和谐。     

基于GIS黄土丘陵沟壑区分布式侵蚀产沙模型的构建——以蛇家沟小流域为例

分布式侵蚀产沙模型是土壤侵蚀模型的重要发展方向,本研究将蛇家沟流域下垫面划分为5 ×5m的栅格,每个栅格内赋予相应的高程、坡度、地貌、土地利用等属性信息.根据流域DEM,确定流域的汇流方向、流路与汇流累积面积.在蛇家沟流域内采用“穷举算法”对SCS-CN模型的参数值进行校正.基于DEM、地貌、土地利用以及降雨等资料,利用黄土丘陵沟壑区良好的水沙关系,运用VB.NET+ARC ENGINE9.2+ SQLSERVER2000构建分布式侵蚀产沙模型.模型结构简单,输入参数比较少,利用求产流来求产沙,考虑了土地利用、汇流等因素具有一定的物理意义,并能达到一定的预报精度.其中产沙模型是建立在黄土丘陵沟壑区普遍的水沙关系基础上,通过校正水沙关系式系数及产流模型中的CN、λ值可在其它相似的小流域内使用.该研究可为黄土丘陵沟壑区水土保持治理效果评价提供依据.     

黄土高原现状产沙情势评价

在黄河来沙锐减背景下，厘清现状黄土高原在不同降雨情景的年均产沙量，对客观认识黄河未来水沙情势具有十分重要的意义。本文分析了过去60年黄土高原汛期径流及含沙量变化特点，认为该区2010年以来的下垫面可作为现状产沙情势评价的代表下垫面。采用理论推算和实际产沙能力分析等两种方法，计算了黄土高原现状下垫面在4种降雨情景下的年均产沙量。结果表明，如果汛期降雨较1956—2019年均值偏丰0～17.3%,2010—2019年下垫面的年均产沙量为3.9亿t/a～5亿t/a;若基于2018年以来的下垫面，其年均产沙量为3.6亿t/a～4.5亿t/a;受坝库工程拦截影响，可输送至潼关断面的沙量更少。分析了黄土高原植被和梯田的发展趋势，并考虑流域产沙指数与植被梯田覆盖状况的响应规律，认为该区产沙能力进一步降低的潜力很小。事实上，由于年降雨量450 mm以下地区的新生植被抵御恶劣气候和人类干扰的能力较低，黄土高原产沙量存在反弹至5亿t/a～8亿t/a的风险。     

黄土高原沟道坝系模型设计方法

在回顾前人研究成果及分析土壤侵蚀模型试验特点的基础上，提出了黄土高原小流域沟道坝系模型设计的方法。认为在水力侵蚀最活跃的黄土高原地区，降雨强度是影响产流产沙的关键因子，从而需要抓住降雨与侵蚀产沙这对主要矛盾，根据降雨侵蚀空间或时问的集积效果来实现模型流域与原型流域产沙特征的相似。为保证沟道坝系地貌演变相似，除降雨历时遵循重力相似条件外，模型降雨产沙关系还应通过借助天然资料率定产沙量比尺的途径与原型相对应。     

人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响

为了研究人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响,选择无定河流域内风沙区海流兔河和黄土丘陵沟壑区大理河代表水文站1956-2010年的水文泥沙实测数据。采用Mann-kendall和Pettitt法分别对水文泥沙数据进行趋势分析与突变检验,确定发生突变的临界年份,再利用双累积曲线法的回归方程定量确定人类活动对两种地貌区水沙变化的影响。结果表明:风沙区代表水文站韩家峁站控制流域的面降水量、年径流量和输沙量发生突变的临界年份分别为1970年、1985年和1986年;黄土丘陵沟壑区代表水文站绥德站控制流域的面降水量突变的临界年份为2000年,而年径流量和输沙量临界年份均为1971年。与基准期相比,风沙区年径流量与输沙量分别减少10.02%和43.90%;黄土丘陵沟壑区年径流量与输沙量分别减少21.03%和40.20%。人类活动对风沙区的减水和减沙效益分别为21.74%和81.43%,对黄土丘陵沟壑区的减水和减沙效益分别为27.12%和58.46%。     

论黄河河道平衡输沙量临界阈值与黄土高原水土流失治理度

本文采用实测资料分析与理论分析相结合的方法,系统研究了黄河干流河道平衡输沙量临界阈值及其与黄土高原水土流失治理程度的关系,结果表明,黄河河道冲淤平衡输沙量临界阈值是随着不同时段来水来沙条件的变化而变化的。今后一个时期内,黄河上游宁蒙河段平衡输沙量临界阈值为0.4亿t/a左右;黄河中下游河道及河口平衡输沙量临界阈值为3亿t/a左右。通过水沙调控和河道整治等综合措施,未来将黄河上游宁蒙河段年输沙量控制在0.4亿t/a左右,可塑造与维持平滩流量约2000 m~3/s左右的输水输沙通道,宁蒙河段基本实现河道冲淤平衡;将黄河中下游河道及河口年输沙量控制在3亿t/a左右,则潼关高程可基本实现升降平衡,稳定在328 m左右,下游河道可塑造与维持平滩流量4000 m~3/s左右的中水河槽,基本实现河道冲淤平衡;河口基本实现海岸淤蚀平衡,保持流路相对稳定。黄土高原水土流失治理也存在达到一定程度后治理效果不显著的临界状态,表明黄土高原水土流失治理存在治理度,针对黄土高原水土流失治理各种措施减沙的临界阈值,本文提出未来通过科学调整黄土高原水土流失治理格局,将入黄年沙量控制在3亿t/a左右,达到黄土高原水土流失治理程度与黄河干流河道输沙的平衡,为未来黄土高原水土流失确定了治理目标。     

新疆伊犁典型特大型黄土滑坡群成因机制及变形特征

新疆伊犁黄土的成因、分布特征及物理力学性质与黄土高原的黄土有很大不同,该地区的黄土滑坡也有一定的特殊性。以省道 S316线则克台沟某特大型黄土滑坡群为研究对象,结合地质勘察和土样试验结果,对该滑坡群的成因机制及变形特征进行了分析。结果表明：伊犁地区则克台沟黄土揭露埋深达到62 m ,并具备发生大规模深层滑坡的地质条件。伊犁地区黄土0．005 m ～0．05 mm 粒组含量普遍达到60％以上,相比黄土高原的黄土要高,具有一定的静态液化势,对雨水入渗作用敏感。滑坡区山体植被破坏严重,4月—6月份的融雪和降雨集中入渗是导致该地区黄土滑坡的主要原因。该滑坡成群出现,滑动面上陡下缓,伴随蠕动和滑动液化,属于特大型深层黄土滑坡群。对于伊犁地区的黄土滑坡,预测预报、恢复植被及截排水措施尤为重要。     

黄河中游典型流域极端降雨条件的水沙过程变化

研究流域极端降雨条件下的水沙动态变化过程是应对气候变化引起的洪涝灾害风险的基础。针对皇甫川、佳芦河和延河流域水土保持治理前后的极端暴雨洪水,对比分析了各流域极端降雨事件中径流泥沙过程的特征变化。研究结果表明,水土保持措施能降低洪涝灾害风险,可将延河流域200年一遇的特大洪水事件降低为风险更小的50年一遇洪水。由于水土保持措施可有效调蓄洪峰、降低含沙量,延河流域洪峰流量和最大含沙量较治理前降低了89.77%和49.25%;同时显著减缓洪水消退过程,各流域洪水过程由陡落均转变为缓落。在气候变化背景下,为应对黄土高原地区局地暴雨灾害,仍需加强水土保持措施监管,开展工程措施的除险加固,提高水土保持措施抵御极端暴雨灾害的能力。     

黄土高原水土流失治理与黄河水沙变化

"黄河流域治理,重在保护,要在治理"。明晰黄土高原生态治理成效及其影响下的黄河水沙关系变化,有助于为黄河水沙关系协调提供科技支撑。通过梳理黄土高原水土流失治理历程及措施变化,辨析了治理措施的减沙效应。研究表明:(1)黄土高原历经五个典型治理阶段,主色调由黄变绿,下垫面发生不可逆的变化;(2)2000年以来,主要产沙区汛期雨量偏丰且极端降雨增加,而黄河沙量相对1919—1959年锐减了85%,中游中常洪水发生频次降低,下游河道由淤积转为冲刷;(3)林草、梯田和淤地坝减沙成效显著,溃损淤地坝淤积泥沙出库比15%,难以发生"零存整取"现象;(4)与历史极端降雨事件相比,2000年后相似降雨条件下,典型流域次洪水量和沙量分别减少30%～78%、53%～88%,水土保持成效显著;(5)新水沙情势下应适时调整黄土高原水土流失治理格局,并完善水沙调控体系,改造下游河道,解放滩区。     

陇东黄土高原第四系潜水系统特征

陇东黄土高原第四系潜水系统分为黄土潜水系统和河谷潜水系统,黄土潜水系统又分为黄土塬区潜水、黄土丘陵区潜水。分析了黄土潜水系统和河谷潜水系统的赋存特征、补径排条件、动态特征等。结果表明:大气降水是黄土潜水的主要补给来源,潜水的TDS和总硬度年际间变化均不大,水质普遍较好,是该区居民的主要饮用水源;河谷潜水主要接受大气降水的垂直补给、地表水的入渗补给、沟谷潜水的侧向补给、灌溉回归水的补给及基底白垩系地下水的越流补给,潜水水质均较好,TDS一般小于1.0 g/L,是河谷区人畜饮用水和城镇供水的主要水源。