复杂侵蚀环境下分布式土壤流失水动力学模型——以黄河多沙粗沙区为研究实例

以黄河多沙粗沙区为研究对象,基于实体模型试验对黄土坡面 沟道系统侵蚀产沙机理的认识,根据侵蚀动力学、水文学、泥沙运动力学的基本理论,以地理信息系统为平台,研发了复杂侵蚀环境下的分布式土壤流失水动力学模型;揭示了植被作用下坡面 - 沟道系统侵蚀产沙耦合规律;认识到坡沟产沙之间具有内在的自调控关系;提出了当量糙率的概念;建立了基于 GIS 的分布式土壤流失水动力学模型;构建了基于 ArcGIS 平台的支持系统,实现了 GIS 与土壤流失模型、产汇流模型与产输沙模型的紧密耦合。通过实例验证了模型对于中尺度流域土壤流失的模拟亦有较满意的精度。     

黄土高原地区不同退耕还林模式改善土壤物理特性研究

通过对比研究了陕西安塞县植被恢复区不同植被类型的林草地和农田的土壤物理性质,包括土壤容重、土壤孔隙度、土壤水稳性团粒结构。结果表明：不同植被类型的土壤容重为1．17—1．21g/cm2,差异较小,但均比农田（1．31g／cm3）低约11％,不同植被类型地各层土壤不同粒径的土壤团粒结构百分含量高于相应的天然草地和农田,其中刺槐×侧柏在所有土层中不同粒径的水稳性团粒结构含量都是最高的,并且0～20cm土层中〉2mm的团粒结构达到10．71％。实施植被修复后,与农田相比,林地土壤物理性质得到明显改善,混交林的土壤物理性质好于纯林林,天然草地和农田较差,天然草地略好于农田。     

基于锆石U-Pb年龄的黄土高原红黏土沉积序列物源示踪

黄土高原广泛沉积的新近纪红黏土序列对东亚古气候具有重要的指示意义。通过甘肃灵台红黏土剖面7.0、6.5、5.5、3.2 Ma沉积物和山西保德红黏土剖面6.56、5.24、3.50 Ma沉积物碎屑锆石U-Pb年龄的对比,表明黄土高原不同区域红黏土沉积物物源在空间上具有一致性,而在时间上具有差异性。通过与周缘潜在物源区碎屑锆石U-Pb年龄对比,可将黄土高原红黏土沉积物物源的差异划分为3个沉积阶段:第一阶段(5.7～7.0 Ma)物源主要为西昆仑山、帕米尔高原;第二阶段(3.4～5.7 Ma)物源主要来自塔克拉玛干沙漠;第三阶段(2.6～3.4 Ma)物源主要为阿拉善区域。红黏土沉积物物源的变化表明2.6～7.0 Ma处于西风逐渐减弱伴随东亚季风逐渐增强的过程,物源的两次变化对应于约5.7 Ma墨西拿盐度危机和约3.4 Ma青藏高原的隆升,说明青藏高原以及中国西部山脉的隆升和板块运动控制下的特提斯洋演化是影响黄土高原风成沉积的重要因素。     

基于遥感的植被覆盖变化分区研究——以黄土高原马莲河流域为例

为了研究黄土高原1977~2010年近33 a的植被覆盖变化过程,以黄土高原典型植被区马莲河流域为例,将其划分为董志塬农业区、子午岭林业区和北部半农半牧区3个生态功能区进行研究。利用1977、1987、2000和2010年共4期陆地卫星影像,采用监督分类和非监督分类相结合的方法获得植被分类结果。利用转移矩阵分析植被覆盖的变化过程,并计算植被覆盖年度变化率。结果表明:1977~1987年董志塬农业区的植被恢复程度大于子午岭林业区,而北部半农半牧区除草原大面积恢复,其他植被均退化;1987~2000年是植被覆盖变化的一个转折点,各分区植被均以退化为主,董志塬农业区最为典型;2000~2010年各分区均以植被恢复为主,董志塬农业区和北部半农半牧区植被恢复相对较快。整个马莲河流域植被覆盖呈现出退化-恶化-恢复的变化趋势。     

基于SWAT模型的延河流域月径流量模拟分析

近年来SWAT模型在我国南方湿润半湿润流域以及众多大尺度流域取得了良好的应用效果,但在水文资料缺乏、气候相对干旱的流域应用不多。以黄土高原典型流域陕西省延河流域为例,结合国内外已有的研究和GIS技术,根据延河流域现有的数据成功构建了基于SWAT的水文模型,其中1980—1985年为模型的率定期,1986—1989年为模型的验证期。通过对模型的参数进行敏感性分析以及一系列率定,最终得到结果为率定期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别是0.644和0.832;验证期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别为0.63和0.872,均达到模型模拟的要求,表明SWAT模型基本上能够模拟延河流域月径流量水文过程,为SWAT模型在黄土高原典型流域的进一步应用提供了科学依据。     

黄土高原典型沟壑区水资源承载力分析与预测

针对黄土高原沟壑区水资源短缺已成为制约社会经济发展的瓶颈问题,以长武县为例,基于简化多目标模型构建了水资源承载力定量计算模型,并应用于黄土高原沟壑区水资源承载力研究中,结果表明,评价与预测水资源的承载力为区域可持续发展提供了依据.     

青藏高原隆升的黄土高原构造侵蚀效应

研究了青藏高原隆升与亚洲大陆强季风气候的耦合效应、黄土高原的阶段性抬升、构造变形及其构造侵 蚀效应。结果表明,青藏高原的隆升引起多种黄土地质灾害。黄土高原的构造抬升导致侵蚀基准面下降,为重 力侵蚀、沟谷溯源侵蚀和流水侵蚀提供了有利条件;构造变形使黄土产生构造裂隙、节理,增大了黄土的侵蚀速 率,促进了黄土的坍塌和滑坡等侵蚀性地质灾害的发生;地形突变带、活动断裂带及地震活动带等稳定性条件差 的黄土分布区,是黄土侵蚀性地质灾害最剧烈的地区。     

基于ARIMA模型的黄土高原河谷城市生态足迹动态模拟及测算——以甘肃省兰州市为例

为了从经济发展的角度探究生态足迹动态变化的成因,论文在测算黄土高原河谷城市——甘肃省兰州市2002—2014年人均生态足迹的发展轨迹的基础上,引入ARIMA模型,模拟预测了该市2015—2020年生态足迹变化趋势。研究结果显示：1)2002—2014年,甘肃省兰州市人均生态足迹总体呈现上升态势,数值由2.70 hm²增长至4.25 hm²,增幅达到1.57倍;2)从生态足迹增速看,2002—2014年人均生态足迹平均增速达到4.04%,同一时期兰州市地区生产总值平均增速为11.88%,较人均生态足迹增速高出7.84%,表明该地区经济发展的速度高于资源环境消耗的速度;3)2015—2020年甘肃省兰州市人均生态足迹仍然呈现上升态势,预测值分别达到4.48 hm²、4.61 hm²、4.75 hm²、4.89 hm²、5.02 hm²和5.17 hm²,甘肃省兰州市生态赤字逐年增大,总生态足迹是城市土地利用总面积的1...     

黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

黄土高原矿区生态环境脆弱,科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此,需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程,修复的适应性和恢复力及增汇潜力,揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制,最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明：(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等;(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低,适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林（43.2%～100.0%）>阔叶林（49.2%～83.2%）>针叶林（47.9%～76.5%）>草地（39.1%～70.7%）>灌木草地（43.0%～69.0%）。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系,修复10～15年时最高,混交林生态恢复耗时最长,但固碳潜力最大;(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关;(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径...     

黄土高原采矿扰动对小流域基流过程的影响

解析黄土高原地区采矿活动的水文响应有助于促进矿区生态保护和高质量发展，选取黄土高原白马河、松塔河、昕水河和州川河四个典型小流域，研究了8种基流分割方法在黄土高原的适用性，并采用基于对比流域的距平累积差值曲线法(DACP)分析了采矿扰动对流域基流过程的影响。结果表明，Chapman-Maxwell滤波法和Eckhardt滤波法在黄土高原典型小流域中适用性最佳，分割基流量相对稳定，基流过程线符合流域的降水产流机制和退水过程；1956～2012年四个小流域的基流量整体呈显著下降趋势；随着采矿扰动强度增加，基流的DACP指数上升，采矿扰动增加了流域基流量。